动生电动势和感生电动势.ppt

一动生电动势 二 动生电动势的成因 导线内每个自由电子受到的洛仑兹力为 它驱使电子沿导线由a向b移动 第一部分 动生电动势 由于洛仑兹力的作用使b端出现过剩负电荷 a端出现过剩正电荷 方向a b 平衡时 此时电荷积累停止 ab两端形成稳定的电势差 洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因 电子受的静电力 由电动势定义 运动导线ab产生的动生电动势为 三 动生电动势的普遍公式 此式为动生电动势公式 也是发电机发电的最基本公式 非静电力 定义为非静电场强 四 动生电动势的计算方法 1 仍可用法拉第电磁感应定律 1 首先选择的正方向 2 沿着l的方向进行积分 1 电能从何转化而来 五 能量转换关系 电能由外力作功转化而来 2 洛仑兹力不作功 结论 洛仑兹力作功等于零 即需外力克服洛仑兹力的一个分力使另一分力对电荷作正功 解 例1一长为的铜棒在磁感强度为的均匀磁场中 以角速度在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动 求铜棒两端的感应电动势 点P的电势高于点O的电势 例2一导线矩形框的平面与磁感强度为的均匀磁场相垂直 在此矩形框上 有一质量为长为的可移动的细导体棒 矩形框还接有一个电阻 其值较之导线的电阻值要大得很多 若开始时 细导体棒以速度沿如图所示的矩形框运动 试求棒的速率随时间变化的函数关系 方向沿轴反向 棒的运动方程为 则 计算得棒的速率随时间变化的函数关系为 例3 如图 一长直导线通电流I 与之共面并垂直有一导线AB长为l 以v沿电流方向运动 求 解 设由A到B的方向为正方向 方向由B到A 第二部分感生电动势 电磁感应 感生电动势 由于磁场发生变化而激发的电动势 一 问题的提出 二 Maxwell假设 1 注意 有无闭合回路 情况不同 三 涡旋电场和变化磁场之间的关系 1 方向上的关系 1 愣次定律确定 再确定的方向 2 由计算定 确定回路绕行方向 闭合回路中的感生电动势 2 量值上的关系 起源 由静止电荷激发 由变化的磁场激发 电力线形状 电力线为非闭合曲线 电力线为闭合曲线 静电场为无旋场 感生电场为有旋场 感生电场与静电场的区别 电场的性质 为保守场作功与路径无关 为非保守场作功与路径有关 静电场为有源场 感生电场为无源场 特点 原因 非静电力来源 典型例题 一无限长载流螺线管中电流随时间作线性变化 dI dt const 其内部磁感应强度也作线性变化且dB dt为已知 求管内外感生电场的分布 已知 求 1 A 螺线管内部是均匀磁场 证明可得感生电场的电力线是一系列同心圆 感生电场方向沿切线方向 且与磁场变化方向成左手螺旋关系 为逆时针 与一致 a 注意 B 作环路L 则有 2 在螺线管内外若有半径为r的圆线圈存在线圈中的感应电动势 o 由于沿逆时针方向沿逆时针方向 3 在螺线管截面上放置金属棒oA 则oA棒上产生的感应电动势 4 求在螺线管中的横载面内 放置有一直金属棒MN 求MN l上产生的感生电动势 已知 求 o o 负号说明感应电动势与正方向相反 规定回路的方向为顺时针 5 求在螺线管中的横载面内 放置有一直金属棒MN 求MN l上产生的感生电动势 三角形回路中的感应电动势即导线MN上的感生电动势 因在OM ON上产生的电势为零 作三角形回路OMN 6 AB BC CA棒组成外切三角形 求AB棒上的感生电动势 6 AB BC CA棒组成内接正三角形 求AB棒上的感生电动势 在匀强磁场中 置有面积为S的可绕轴转动的N匝线圈 若线圈以角速度作匀速转动 求线圈中的感应电动势 五 电磁感应现象的应用 1 交流发电机的原理 令 则 可见 在匀强磁场中匀速转动的线圈内的感应电电流是时间的正弦函数 这种电流称交流电 将导体放入变化的磁场中时 由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场 感生电场作用在导体内的自由电荷上 使电荷运动 形成涡电流 I涡 2 涡电流 1 工频感应炉的应用 在冶金工业中 某些熔化活泼的稀有金属在高温下容易氧化 将其放在真空环境中的坩埚中 坩埚外绕着通有交流电的线圈 对金属加热 防止氧化 涡电流的应用 2 用涡电流加热金属电极 在制造电子管 显像管或激光管时 在做好后要抽气封口 但管子里金属电极上吸附的气体不易很快放出 必须加热到高温才能放出而被抽走 利用涡电流加热的方法 一边加热 一边抽气 然后封口 3 电磁炉 在市面上出售的一种加热炊具 电磁炉 这种电磁炉加热时炉体本身并不发热 在炉内有一线圈 当接通交流电时 在炉体周围产生交变的磁场 当金属容器放在炉上时 在容器上产生涡电流 使容器发热 达到加热食物的目的 4 电度表记录电量 电度表记录用电量 就是利用通有交流电的铁心产生交变的磁场 在缝隙处铝盘上产生涡电流 涡电流的磁场与电磁铁的磁场作用 表盘受到一转动力矩 使表盘转动 由于涡电流在导体中产生热效应 在制造变压器时 就不能把铁心制成实心的 否则在变压器工作时在铁心中产生较大的涡电流 使铁心发热 造成漆包线绝缘性能下降 引发事故 因此在制作变压器铁心时 用多片硅钢片叠合而成 使导体横截面减小 涡电流也较小 涡电流的危害 Maxwell 感生电动势的现象预示着有关电磁场的新的效应 在1861年提出如下假设 变化的磁场在其周围空间激发一种新型的电场 称之为感生电场或涡旋电场 这种电场的存在与空间有无导体无关 变化的磁场在周围空间激发感生电场E感 若有闭合导体回路存在 导体中的自由电子就会在感生电场的作用下作定向运动 产生感应电流 感生电场不是静电场 作用在电荷上的力是一种非静电场 电子感应加速器 应用感生电场加速电子的装置 在电磁铁的两极之间安置一个环形真空室 当用交变电流激励电磁铁时 在环形室内就会感生出很强的 同心环状的感生电场 用电子枪将电子注入环形室 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 演示动画 电子感应加速器 交流电的周期为50Hz 则在磁场变化的第一个四分之一周期 约5ms的时间 内 电子就能在感生电场的作用下 在圆形轨道上经历回旋数十万圈的持续加速 从而获得足够高的能量 并在第一个四分之一周期结束时被引出加速器至靶室 北京正负电子对撞机的储存环 2km的美国费