大学物理上电磁感应1华科.pptx

回顾：回顾：磁磁介质介质1.介质的磁效应介质的磁效应顺磁顺磁质质抗磁抗磁质质固有磁矩固有磁矩附加磁矩附加磁矩在外磁场中：在外磁场中：2.有介质时的环路定理有介质时的环路定理:铁磁质的磁性：磁畴理论铁磁质的磁性：磁畴理论1解题一般步骤：解题一般步骤：由由I传传对称场有磁介质时对称场有磁介质时,只需将只需将“B”中的中的 o 即可。即可。例：例：无限长螺线管内的磁场无限长螺线管内的磁场无限长螺线管内充满介质时：无限长螺线管内充满介质时：演示实验演示实验:巴克豪森效应巴克豪森效应第1页/共27页2.铁磁质的磁化铁磁质的磁化.铁铁磁磁质质R高高斯斯计计通电流：通电流：高斯计：高斯计：Bb：晶粒磁取向趋于与晶粒磁取向趋于与H同向同向a：畴壁移动，与：畴壁移动，与H同向的磁畴增大（可逆）同向的磁畴增大（可逆）abcB第2页/共27页B的变化落后于的变化落后于H，从而具有，从而具有剩磁剩磁磁滞效应磁滞效应每个每个H 对应不同的对应不同的B与磁化的历史有关。与磁化的历史有关。1)起始磁化曲线起始磁化曲线2)剩磁剩磁Br饱和磁感应强度饱和磁感应强度BS3)矫顽力矫顽力Hc(2)磁滞回线磁滞回线(3)在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高 磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗磁滞损耗与与磁滞回线磁滞回线所包围的面积成正比。所包围的面积成正比。为什么会出现这些现象？为什么会出现这些现象？(可证明可证明)3第3页/共27页 当温度升高到足够高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩当温度升高到足够高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则排列。的规则排列。在临界温度（相变温度在临界温度（相变温度Tc）时，铁磁）时，铁磁质完全变成了顺磁质。这个温度就是质完全变成了顺磁质。这个温度就是居里点居里点 Tc(Curie Point)如：铁为如：铁为 1040K，钴为，钴为 1390K，镍为镍为 630K4第4页/共27页(1)软磁材料：软磁材料：r大，大，(起始磁化率大起始磁化率大)饱和磁感应强度大饱和磁感应强度大 适用于变压器、继电器、电机、以及各种高频适用于变压器、继电器、电机、以及各种高频 电磁元件的磁芯、磁棒。电磁元件的磁芯、磁棒。4.3.铁磁质的分类铁磁质的分类特点：特点：矫顽力矫顽力(Hc)小，小，磁滞回线的面积窄而长，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（损耗小（HdB面积小）。面积小）。易磁化、易退磁易磁化、易退磁 纯铁，坡莫合金纯铁，坡莫合金(Fe，Ni)，硅钢，硅钢，铁氧体等。铁氧体等。如如(2)硬磁材料：硬磁材料：钨钢，碳钢，铝镍钴合金钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力矫顽力(Hc)大，大，剩磁剩磁Br大大磁滞回线的面积大，损耗大。磁滞回线的面积大，损耗大。适用于做适用于做永磁铁永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。HBHB5第5页/共27页(3)矩磁材料矩磁材料Br=BS ，Hc不大，不大，磁滞回线是矩形。用于磁滞回线是矩形。用于记忆元件记忆元件，锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体，锂锰铁氧体当当+脉冲产生脉冲产生HHc，使使磁芯呈磁芯呈+B态，态，则则脉冲产生脉冲产生H0说明说明:则则 i 0,同向同向 i0,反向反向Ilr第16页/共27页4.电源电动势电源电动势 +QQ+i提供非静电力的装置提供非静电力的装置电源电源A将将q从负极移到正极从负极移到正极F非非做的功做的功则电源的则电源的电动势电动势为：为：从场的观点：从场的观点：引入引入 等效非静电场的强度等效非静电场的强度电源的电源的电动势：电动势：或或对闭合回路。对闭合回路。17第17页/共27页感应感应电动势电动势 i 内是什么力作功？内是什么力作功？的变化方式：的变化方式：导体回路不动，导体回路不动，B变化变化感生电动势感生电动势导体回路运动，导体回路运动，B不变不变动生电动势动生电动势 i 为回路中载流子提供能量！为回路中载流子提供能量！它们产生的微观机理是不一样的。它们产生的微观机理是不一样的。电磁感应的电磁感应的实质实质是产生是产生感应电动势感应电动势：18第18页/共27页二二-1、动生电动势、动生电动势B不变，导体回路运动。不变，导体回路运动。1.产生动生电动势的机制产生动生电动势的机制1）等效非静电场）等效非静电场Ek 导线导线 L 在外磁场中运动时，在外磁场中运动时，L内自由电子受到内自由电子受到磁场力作用：磁场力作用：定义非静电场：定义非静电场：方向方向2）动生电动势定义）动生电动势定义 动动19L第19页/共27页动生动生电动势的非静电场电动势的非静电场:但是：但是：矛盾矛盾？动动的出现是什么力作功呢？的出现是什么力作功呢？f洛洛不作功不作功!3.谁为回路提供电能？谁为回路提供电能？2.一般情况下动生电动势的计算一般情况下动生电动势的计算 当当注意：注意：i可见可见,动生电动势只出现在运动的导体上动生电动势只出现在运动的导体上.20第20页/共27页电子同时参与两个方向的运动：电子同时参与两个方向的运动：方向方向,随导体运动；随导体运动；方向方向,电子漂移形成电流。电子漂移形成电流。总洛仑兹力：总洛仑兹力：vabf1f2uVF总洛仑兹力不作功总洛仑兹力不作功即：即：显然：显然：f1作正功作正功，即非静电力，即非静电力Ek作功。作功。f2作负功作负功要使棒要使棒ab保持保持v 运动运动,则必有外力作功：则必有外力作功：即：即：i动动的出现是什么力作功呢？的出现是什么力作功呢？结论结论:外力克服洛仑兹力的一个外力克服洛仑兹力的一个分力做功分力做功,由另一分力转由另一分力转化为回路中的电能化为回路中的电能21第21页/共27页解法一：解法一：由定义由定义方向：方向：解法二解法二:用法拉第定律用法拉第定律顺时针方向顺时针方向bac例例2.在均匀磁场在均匀磁场B中中,金属杆金属杆ab沿导体框向右以沿导体框向右以v 运动运动,如图如图,=60o,且且dB/dt=0,求其上的求其上的 i?此电动势只出此电动势只出现在现在ab杆上杆上22第22页/共27页例例3.金属杆金属杆oa长长L，在匀强磁场，在匀强磁场B中以角速度中以角速度 反反 时针绕时针绕o点转动。点转动。求杆中感应电动势求杆中感应电动势。解法一解法一:方向方向:根据法拉第电磁感应定律根据法拉第电磁感应定律解法二：解法二：任意时刻通过扇形截面的磁通量任意时刻通过扇形截面的磁通量根据动生电动势定义根据动生电动势定义取微分元取微分元oaa 23第23页/共27页举一反三：举一反三：（1）半径为）半径为R 的金属圆盘以的金属圆盘以 转动，转动，求中心与边沿的求中心与边沿的（2）以下各种情况中）以下各种情况中 IIoaLv IaLvEF(a)(b)(c)(d)24第24页/共27页本节重点：本节重点：（1）掌握法拉第电磁感应定律及物理意义，并会计）掌握法拉第电磁感应定律及物理意义，并会计算感应电动势和判断方向。算感应电动势和判断方向。（2）理解动生电动势，并会计算一些简单几何形状）理解动生电动势，并会计算一些简单几何形状的导体在磁场中运动的电动势。的导体在磁场中运动的电动势。作业：作业：8T1-8第25页/共27页第26页/共27页 保证了保证了电磁现象中的能量守恒与转换定律的电磁现象中的能量守恒与转换定律的正确正确,并且也并且也确定了确定了电磁电磁“永动机永动机”是不可能的是不可能的。正是外界克服阻力作功，正是外界克服阻力作功，将其它形式的能量转换成将其它形式的能量转换成回路中的电能。回路中的电能。NS楞次定律中楞次定律中“反抗反抗”与法拉第定律中与法拉第定律中“”号对号对应应。若没有若没有“”或不是或不是反抗反抗将是什么情形？将是什么情形？NS 过程将自动进行，磁铁动能过程将自动进行，磁铁动能增加的同时，感应电流急剧增增加的同时，感应电流急剧增加，而加，而i，又导致，又导致 i而不须外界提供任何能量。而不须外界提供任何能量。不可能存在！不可能存在！注注电磁永动机电磁永动机v第27页/共27页