大学物理课件电磁感应.ppt

第二十章 电磁感应,1 法拉第电磁感应规律,2 动生电动势,3 感生电动势和感生电场,4 互感,5 自感,6 磁场的能量,1 法拉第电磁感应规律,一. 电磁感应的基本现象,B变,B变,S变,变,规律：,线圈中的B、面积S、两者的夹角变化,都会使线圈中产生电流,电磁感应现象：,当通过一个闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，不管这种变化是由于什么原因产生的，回路中就会有电流出现。,感应电动势：,由于回路的磁通量发生变化而引起的电动势。,二. 法拉第电磁感应定律,感应电动势的大小为：, 对于由N 匝组成的线圈（串联回路）,则有,磁链 （磁通链数）,每匝中穿过的磁通分别为：, 负号表示电动势的方向，由楞次定律决定。,三. 楞次定律,“闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化”, 当磁通量增加时，感应电流的场与原磁场相反,当磁通量减少时，感应电流的场与原磁场相同, 电动势方向的判定：, 楞次定律的本质就是能量守恒, 楞次定律的另一种表述：,“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”,“原因”即磁通变化的原因，“效果”即感应电流的场,感应电动势的方向,楞次定律 的数学表述,2 动生电动势,将感应电动势分为两种：, 动生电动势：,磁场不变，导体运动或线圈形变, 感生电动势：,磁场变化，导体不动,一.动生电动势,分析：,罗仑兹力提供了电源内部的非静电力,电子受力,电动势只存在于运动导体中,电源所需非静电性电场：,得电动势为：,动生电动势：, 非闭合导体中也存在电动势,电动势是感应电流的本质,导体内的电场力与罗仑兹力相等时有：, 感应电流的方向即为电动势的方向,（由低电压指向高电压）,例.一根长为L的铜棒，在均匀磁场B中转动，求铜棒两端的电动势大小及方向,解：,O点电势高,或由法拉第定律直接求解：,由运动导体和不运动导体组成回路,例题：一导线被弯成图示形状acb为半径是R的四分之三圆弧，直线段oa长为R，置于均匀磁场B中，导线以角速度在图面内绕o点匀速转动， 求：此导线中的电动势。,二. 交流发电机原理,设：线圈由N匝组成，线圈与磁场之间某时刻的夹角为,令：,50Hz，220v 交流电,3 感生电动势和感生电场,导体回路中的磁场发生变化时，在回路中产生的感应电动势称为感生电动势.,一.感生电动势,动生电动势：,非静电力 罗仑兹力,感生电动势：,非静电力 ？,实验发现：感生电动势的大小、方向与导体的种类、性质及 有无导体都无关，仅由变化的磁场本身引起。,Maxwell ：变化的磁场在其周围空间要激发一种电场。,称为：感生电场或涡旋电场,感生电动势：,二. 感生电场,静电场：,感生电场是无源的、有旋的 涡旋电场, 涡旋电场永远伴随磁感强度的变化而产生。, 感生电动势存在于整个导体回路中。, 涡旋电场的电场线是闭合的，与磁场线相似。,例.无限长螺线管内B随时间变化，dB/dt=C (C0), 求：管内外感生电场的分布,1.分析场的分布,由对称性：L上Ei大小相等；,无源场：不会是径向, L上有感生电动势：不会是轴向, 否则,电力线必为同心圆状，,方向由楞次定律判断。,2. 场的计算,内部：,外部：,E感分布曲线,三. 电子感应加速器,电子感应加速器是应用感生电场加速电子的装置,电子在有旋电场的作用下被加速，并在洛仑兹力的作用下，沿圆形轨道运动。,只有在第一个四分之一周期内，电子才受到感生电场的加速，并且洛仑兹力的方向指向圆心。,50Hz，四分之一周期（约5ms的时间）内，电子回旋数十万圈的持续加速，从而获得足够高的能量，并被引出加速器至靶室。,核物理的研究、工业探伤、 医疗（癌症治疗等）。,Professor Donald Kerst built the worlds first magnetic induction accelerator at the University of Illinois in 1940,The First Betatron,直径2km的美国费米国立加速器鸟瞰图,北京正负电子对撞机的储存环,四. 涡电流（付科电流）,大块金属放在交变磁场中或在磁场中运动，金属内部会出现感应电流，称为涡电流（涡流）。,金属电阻小，电流会很大，金属发热涡流热效应,应用：,高频感应加热、高频冶炼,危害：,铁心发热,危及线圈绝缘、减少寿命，能量损耗,解决办法多层硅钢片，梳状结构，打孔等。,涡流磁效应电磁阻尼,电磁驱动:,滑差电机结构 1、电机 2、气隙 3、主轴 4、励磁线圈 5、