电磁学5-1教学教材.ppt

第五章 随时间变化的电磁场 麦克斯韦方程,5.1,电磁磁感应现象 电磁感应定律,电磁学,*,第五章 随时间变化的电磁场 麦克斯韦方程,5.1,电磁磁感应现象 电磁感应定律,电磁学,*,第五章 随时间变化的电磁场 麦克斯韦方程,5.1,电磁磁感应现象 电磁感应定律,电磁学,*,电磁学5-1,1812年，学徒期满，法拉第打算专门从事科学研究。次年，经著名化学家戴维推荐，法拉第到皇家研究院实验室当助理研究员。这年底，作为助手和仆人，他随戴维到欧洲大陆考察漫游，结识了不少知名科学家，如安培、伏打等，这进一步扩大了他的眼界。1815年春回到伦敦后，在戴维的支持和指导下作了好多化学方面的研究工作。1821年开始担任实验室主任，一直到1865年。1824年，被推选为皇家学会会员。次年法拉第正式成为皇家学院教授。1851年，曾被一致推选为英国皇家学会会长，但被他坚决推辞掉了。1867年8月25日，他坐在书房的椅子上安祥地离开了人世。遵照他的遗言，在他的墓碑上只刻了名字和生死年月。,2,1821年法拉第读到了奥斯特的描述他发现电流磁效应的论文关于磁针上的电碰撞的实验。该文给了他很大的启发，使他开始研究电磁现象。经过十年的实验研究（中间曾因研究合金和光学玻璃等而中断过），在1831年，他终于发现了电磁感应现象。,1833年，法拉第发现了电解定律，1837年发现了电解质对电容的影响，引入了电容率概念。1845年发现了磁光效应，后又发现物质可分为顺磁质和抗磁质等。,主要工作,3,一、基本的电磁感应现象,电磁感应定律是建立在广泛的实验基础上的。,磁铁棒与线圈有相对运动时的电磁感应现象,实验一,金属棒在磁场中运动时的电磁感应现象,实验二,4,线圈中电流改变时的电磁感应现象,实验二,实验三,法拉第的实验大体上可归结为,两类,：,5,一类,是当一个线圈中电流发生变化时，在它附近的其它线圈中也产生了电流；,另一类,是磁铁与线圈发生相对运动时线圈中产生了电流。,上述两类实验尽管在闭合回路中引起电流的方式有所不同，但均可用,一个思想,来,概括,：,当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时（不论这种变化是由什么原因引起的），在导体回路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象。回路中所产生的电流称为感应电流。相应的电动势则称为感应电动势。,二、楞次定律,1834年愣次在大量实验的基础上总结如下规律,:,6,闭合回路中产生的感应电流具有确定的方向，它总是使感应电流所产生的通过回路面积的磁通量，去补偿或者反抗引起感应电流的磁通量的变化。,楞次定律,楞 次,楞次定律是符合能量转化与守恒定律的。,7,感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化，因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有动力作用，这种动力克服感应电流的磁场的阻碍作用做功，将其他形式的能转变为感应电流的电能，所以,“,楞次定律,”,中的阻碍过程，实质上就是能量转化的过程,.,1、判断原磁场的方向。,2、确定穿过闭合回路的磁通量的变化（增加或减少）。,3、确定感应电流磁场的方向。,磁通量增加时，感应电流磁场与原磁场方向相反；磁通量减少时，感应电流磁场与原磁场方向相同。,4、根据右手螺旋定则确定感应电流的方向。,感应电动势的方向就是感应电流的方向,.,8,应用,楞次定律判断感应电流的方向,大体,分,以下,几步,:,楞次定律(判断感应电流方向),步骤,:,判断原磁场,的方向,确定回路中,的变化,判断,感应电流磁场,的方向,与,反向,与,同向,9,由定律判断,的方向,感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质。,楞次定律(判断感应电流方向),10,当回路不闭合的时候，也会产生电磁感应现象，此时并没有感应电流，而感应电动势却仍然存在。,另外，感应电流的大小与回路的电阻有关，而感应电动势的大小却与回路的电阻无关。,法拉第电磁感应定律,通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势 与磁通量对时间的变化率成正比.,负号反映了感应电动势的方向与磁通量变化之间的关系。,三、法拉第电磁感应定律,法拉第从大量的实验中总结出电磁感应电动势与磁通量变化之间的关系，称为,法拉第电磁感应定律,。,11,感应电动势 的方向的符号规则如下:,在回路上先,任,意,选,定,一个转向,作,为回路,的,绕行正方向,，再用右手螺旋法则确定此回路所围面积的正法线单位矢量 的方向，然后确定通过回路面积的磁通量的正、负。凡穿过回路面积的 的方向与正法线方向相同者为正，相反者为负；最后再考虑 的变化，从上式可看出感应电动势的正负只由 决定。,12,为方便,人为规定,：对任一给定回路，其绕行方向与该回路包围面积的正法线方向组成右手螺旋。,感应电动势的方向与磁通量变化之间的关系,13,当电动势方向与回路绕行方向一致时为正，与绕行方向相反时为负。,若回路有,N,匝导线组成，当磁场对每一匝导线回路所包围面积的磁通量都是,m,时，则,N,匝回路中的感应电动势为,N,m,称为,磁通匝链数,（磁通链数或,全磁通,）。,设闭合导体回路中的总电阻为,R,，,由全电路欧姆定律得回路中的感应电流为,14,N,匝密绕线圈串联,设在时刻,t,1,到,t,2,时间内，通过闭合导体回路的磁通量由 变到 。那么对上式积分，就可以求得在这段时间内通过回路导体任一截面的总电量,q,，,这个电量称为,感应电量,。即,在,t,1,到,t,2,时间内感应电量仅与回路中磁通量的变化量成正比，而与磁通量变化的快慢无关。,如果测出感应电荷量，而回路的电阻又为已知时，就可以计算磁通量的变化。常用的磁通计就是根据这个原理而设计的。,15,四、例题,例,1,（例5.1-2）一根无限长的直导线，其中通有变化的电流，电流以恒定的速率 增长。一长为 、宽为 的矩形线框，与直线电流位于同一平面，平行于直导线的两条边到直导线的距离分别为 和 ，如图所示。试求导线框中的感应电动势。,解,16,长直线电流产生的磁场的磁感强度为,由法拉第电磁感应定律，导线框中的感应电动势为,17,因 ，故 ，磁场对导线框包围面积中一宽为 的狭条的磁通量为,上题改为,：电流恒定，线圈在如图所示的位置以速度,v=,310,-2,m.s,-1,沿垂直于长导线的方向向右运动的瞬间，线圈中的感应电动势是多少？,18,解,当 时，沿顺时针方向。,例,2,测铁磁质中的磁感强度。,在作铁磁试样的环上绕上两组线圈.一组线圈匝数为,N,1,与电池相连.另一组线圈匝数为,N,2,与一个“冲击电流计”相连(这种电流计的最大偏转与通过它的电量成正比).设铁环原来没有磁化.当,合上电键使,N,1,中的电流从零增大到,I,1,时,冲击电流计测出通过它的电量是,q,.,求与电流,I,1,相应的铁环中的磁感强度,B,1,是多大?,19,解,当合上电键使,N,1,中的电流增大时,它在铁环中产生的磁场也增强,因而,N,2,线圈中有感生电动势产生.以,S,表示环的截面积,以,B,表示环内磁感强度,则 .而,N,2,中的感生电动势的大小为,以,R,表示,N,2,回路(包括冲击电流计)的总电阻,则,N,2,中的电流为,20,设,N,1,中的电流增大到,I,1,需要的时间为 ,则在同一时间内通过,N,2,回路的电量为,由此得,21,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,