[理化生]磁场与电磁感应.ppt

第七章磁场与电磁感应 7 1磁场磁感应强度 7 2磁场对运动电荷的作用力 7 3磁场对载流导线的作用 7 4物质的磁性 7 5电磁感应 7 6电磁场理论 Medicalinductioncoilfromtheeighteenthcentury Thisquackdevicewasusedtogiveapatienttherapeuticelectricshocks Atthetime thesewerebelievedtocureanumberofailments 7 5电磁感应 Electromagneticinduction MichaelFaraday 1791 1867 Britishchemistandphysicist Faraday smajorworkwasintheareasofmagnetismandelectricity wherehesuggestedtheconceptsofelectricandmagneticfields Hedidearlyworkontheelectricmotor 1821 andinduction transformersandthedynamo all1831 HealsogavelecturesattheRoyalInstitution London thatpopularizedsciencewiththepublic Inducedcurrent Twostudentspreparingapparatusforinducingcurrentinacoil Theyareabouttodropamagnetthroughthecoil Anoscilloscopeattachedtothiswillmeasurethechangesincurrent Electricityisgenerated orinduced whenawiremovesthroughamagneticfield Thisprincipleisexploitedinelectricitygenerators whichspinacoilbetweenmagnetstoconvertrotarymotionintoelectricalenergy 仅有静电场力不能维持稳恒电流 要维持稳恒电流 除静电力之外还必须存在非静电场力 电动势的定义 单位正电荷从电源负极经过电源内部移到电源正极时 非静电力作的功 电源的电动势由电源的性质决定 与外电路的性质及其是否接通没有关系 它反映电源内非静电力作功的本领 当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时 回路中会出现电流 这种现象称为电磁感应 感应电流 感应电动势 Inductionelectromotiveforce 正比于磁通量对时间变化率的负值 7 5 1电磁感应定律 感应电动势的方向 1 磁铁向上运动 2 磁铁向下运动 闭合回路由N匝密绕线圈组成 仅适用于单匝导线构成的回路 总通量 磁通匝链数 磁链 Inductionmotor 改变磁通量的途径 产生感生电动势的非静电场力 感生电场力 感应电动势如何产生的呢 产生动生电动势的非静电场力 洛伦兹力 2 感生电动势 导体不动 磁场变化 1 动生电动势 稳恒磁场中的导体运动 或者回路面积变化 取向变化等 变化的磁场在其周围空间激发一种电场 这个电场叫感生电场 麦克斯韦假设 2 静电场是保守场 1 和均对电荷有力的作用 感生电场静电场 静电场由电荷产生 感生电场是由变化的磁场产生 3 感生电场是非保守场 vs 总电场的环路定理 4 来源 7 5 2自感 self induction 自感L取决于回路的几何性质 大小 形状和匝数 及其中的磁介质的性质单位 亨利 H 1H 1 s 当通过导体回路的电流发生变化时 该电流激发的磁场也随之变化 使通过回路自身的磁链也发生变化 进而使回路自身产生感应电动势 这就是自感现象 7 5 2自感 self induction 例7计算长直螺线管的自感 设管长为L 横截面积为S 单位长度上的匝数为n 管中充满磁导率为 的磁介质 解 磁链 通过回路自身的磁链 磁感应强度的大小 H的安培环路定理 7 5 3RL电路 时间常数 7 5 3RL电路 1 接通电路 开关K扳向1 接通电路瞬间 电流 线圈L产生的自感电动势 时间常数 L R 2 断开电路 开关K扳向2 接通电路瞬间 电流 7 5 4磁场的能量 电源提供的能量 电源反抗自感电动势作的功 消耗在电阻上的焦耳热 两边同乘后积分 自感为L的线圈在通有稳定电流I时的磁场能量为 磁场能量密度 磁场能量 例7 8 同轴电缆中金属芯线的半径为 共轴金属圆筒的半径为 中间充以磁介质 磁导率为 现将芯线和圆筒分别和电池两极相接 若金属芯线内的磁场可略去 求此同轴电缆芯线与圆筒间单位长度上的磁能和自感 单位长度壳层体积 7 6电磁场理论 稳恒磁场中的安培环路定理的局限性 无线电波 可见光 红外线 紫外光 X射线 射线 电磁波谱 小结 1 电磁感应定律 2 自感 感应电动势 总电场的环路定理 RL电路 磁场能量密度 7 4 两平行直导线相距 每根导线再有电流 求 2 通过图中所示的斜线所示面积的磁通量 作业P206 7 9 7 11 7 13 中国科普博览万物之理磁学馆 检验医学信息网网上资源库 1 磁场对运动电荷的作用力 2 磁场对载流导线的作用力 安培力 平面载流线圈在均匀磁场中受到的磁力矩 洛仑兹力 霍耳效应 磁偶极矩 辅助量 磁场强度H magneticfieldintensity 单位 A m 1 3 磁介质中的安培环路定理 实验发现 对于各向同性的磁介质 有 稳恒磁场中的安培环路定理的局限性 对于曲面S2 全电流安培环路定理 Ruhmkorffinductioncoil 19thcenturyartwork Thiselectro magneticinductioncoilwasinventedin1851 bytheGermanengineerHeinrichDanielRuhmkorff Whenconnectedtosparkingelectrodesinanevacuatedchamber centreleft thecoilcouldproducehigh voltageelectricalsparksovera30 centimetre widegap Thete