大学物理下电磁感应.pptx

法拉第法拉第（Michael Faraday)1791-1867,英国物理学家和化英国物理学家和化学家学家.1820年奥斯特发现年奥斯特发现 电电 磁磁 当时物理学家就想当时物理学家就想 磁磁 电？电？法拉第以精湛的实验和敏锐法拉第以精湛的实验和敏锐的观察力，经十年努力于的观察力，经十年努力于1831年首次观察到电流变化时产生年首次观察到电流变化时产生的感应现象，接着做了一系列的感应现象，接着做了一系列的实验，以揭示感应现象的奥的实验，以揭示感应现象的奥秘。秘。1845年诺埃曼给出电磁感年诺埃曼给出电磁感应定律的数学公式。应定律的数学公式。1、电磁感应的基本现象电磁感应的基本现象感应电流与感应电流与N-S的的磁性、速度有关磁性、速度有关与有无磁介质、开关与有无磁介质、开关速度、电源极性有关速度、电源极性有关一、一、电磁感应的基本定律：电磁感应的基本定律：法拉第定律和楞次定律法拉第定律和楞次定律+穿过线圈所包围面积内的穿过线圈所包围面积内的磁通量发生变化磁通量发生变化时，在时，在回路中将产生的电流，该电流称为回路中将产生的电流，该电流称为感应电流感应电流（induction current），），这种现象称为这种现象称为电磁感应电磁感应（electromagnetic induction）。）。实验表明实验表明电流存在电动势电流存在电动势2、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律（Faraday law of electromagnetic induction）单位单位:1V=1Wb/s 与与 L 反向反向 与与L 同向同向电动势方向电动势方向:导体回路中的感应电动势导体回路中的感应电动势 的大小与穿过导的大小与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比体回路的磁通量的变化率成正比.N负号表示感应电动势总负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化是反抗磁通的变化3、楞次定律、楞次定律 闭合的导线回路中所出现的感应电闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因应的原因.+楞次定律是能量守恒定律的一种表现楞次定律是能量守恒定律的一种表现 维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热安培力做功转化为焦耳热.机械能机械能焦耳热焦耳热+否则只需一点力开始使导线移动，将有无限大否则只需一点力开始使导线移动，将有无限大的电能出现，不符合能量守恒定律！的电能出现，不符合能量守恒定律！减速运动减速运动静止静止外力外力 例例1、在匀强磁场中在匀强磁场中,置置有面积为有面积为 S 的可绕轴转动的可绕轴转动的的N 匝线圈匝线圈.若线圈以角若线圈以角速度速度 作匀速转动作匀速转动.求求线线圈中的感应电动势圈中的感应电动势.解解 设设t=0时时,与与 同向同向,交流电交流电.例例2 2、一矩形截面的螺绕环，如图所示，共有一矩形截面的螺绕环，如图所示，共有N匝，若匝，若通有电流通有电流 I=I0sin t,试求试求螺绕环中感应电动势的大小螺绕环中感应电动势的大小.解：解：习题册四习题册四 p12 8xiRr方向与大环相同方向与大环相同例例3、用感应电动势测铁磁质中的磁感应强度用感应电动势测铁磁质中的磁感应强度冲击电流计的最大偏转冲击电流计的最大偏转与通过它的电量成正比与通过它的电量成正比铁磁样品做的环铁磁样品做的环若若S表示环的截面积表示环的截面积当合上当合上N1线圈的开关，电流增大，线圈的开关，电流增大，它在铁环中的磁场增强，在它在铁环中的磁场增强，在N2 线圈中有感应电动势产生。线圈中有感应电动势产生。N2 线圈的总电阻是线圈的总电阻是R，产生的电流为：产生的电流为：最初：最初：导线导线连导线：连导线：稳恒电流产生的条件：稳恒电流产生的条件：有自由运动的电荷有自由运动的电荷 导体两端有恒定的电势差导体两端有恒定的电势差非电场力非电场力q (U 低低 U高高）电场力电场力q AB (U高高U低低）+电源：提供非静电力的装置电源：提供非静电力的装置.4、电源电源 电动势电动势非静电场强：非静电场强：非静电力：非静电力：非静电力的功：非静电力的功：电动势的定义：电动势的定义：单位正电荷绕闭合回路运动一周，非单位正电荷绕闭合回路运动一周，非静电力所做的功静电力所做的功.整个回路的功：整个回路的功：*正正极极负负极极电源电源+_ 电源电动势大小电源电动势大小等于将单位正电荷从负极经电源内等于将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时非静电力所作的功部移至正极时非静电力所作的功.引起磁通量变化的原因引起磁通量变化的原因 1）稳恒磁场中的运动导体（回路面积变化、稳恒磁场中的运动导体（回路面积变化、取向变化等）取向变化等）动生电动势动生电动势 2）导体不动，磁场变化导体不动，磁场变化 感生电动势感生电动势+设杆长为设杆长为+1、动生电动势、动生电动势动生电动势的动生电动势的非静电力场非静电力场 洛伦兹力洛伦兹力-+时时,形成稳定的电势差形成稳定的电势差二、两种感应电动势二、两种感应电动势非静电力场强非静电力场强解解 例例1 l 长长 的铜棒在的均匀磁场的铜棒在的均匀磁场B中中,以角速度以角速度 绕棒的绕棒的一端一端O转动，转动，求求铜棒两端的感应电动势铜棒两端的感应电动势.+OP方向方向:O P 若运动导体处在非均匀的磁场中若运动导体处在非均匀的磁场中,或导体上每一点的或导体上每一点的运动速度不一样运动速度不一样,?即即法拉第电机，设铜盘的半径为法拉第电机，设铜盘的半径为 R，角速度为角速度为。可视为无数铜棒一端在圆心，可视为无数铜棒一端在圆心，另一端在圆周上，即为并联，因另一端在圆周上，即为并联，因此其电动势类似于一根铜棒绕其此其电动势类似于一根铜棒绕其一端旋转产生的电动势。一端旋转产生的电动势。+OP+OPabvI 例例2 2、直导线直导线CD在一无限长直电流磁场中作切割磁力线在一无限长直电流磁场中作切割磁力线运动。求：动生电动势。运动。求：动生电动势。rC CD D方向：方向：CD解解:2、感生电动势感生电动势Maxwell 的假说：的假说：变化的磁场在其周围空间激发一种电场，它变化的磁场在其周围空间激发一种电场，它提供一种非静电力能产生提供一种非静电力能产生 。这电场叫做感生。这电场叫做感生电场电场。感生感生电场（电场（induced electric field)法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律电源电动势的定义电源电动势的定义运动电荷运动电荷变化电场变化电场磁场磁场 感生感生 电场（电场（induced electric field)1)感生电场的电场线是无头无尾的闭合曲线，感生电场的电场线是无头无尾的闭合曲线，类似于磁感应线。称之为类似于磁感应线。称之为有旋电场。有旋电场。2)感生电场永远和磁感应强感生电场永远和磁感应强度矢量的变化连在一起。度矢量的变化连在一起。3)感生电场对电荷都有作用力感生电场对电荷都有作用力,若有导体存在都能形成电流。若有导体存在都能形成电流。分析边界为圆的均匀场中的感生电场分析边界为圆的均匀场中的感生电场 RrR