第八章　电磁感应1.ppt

第八章电磁感应电磁场,主要内容：,电磁感应定律动生电动势和感生电动势自感和互感,一、掌握用法拉第定律和楞次定律计算感生电动势，能判明其方向。二、理解感生电动势和动生电动势的意义；了解有旋电场的概念。三、了解自感和互感现象，会计算几何形状简单导体的自感和互感。,教学要求：,法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），伟大的英国物理学家和化学家,也是著名的自学成才的科学家.他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的.他是电磁理论的创始人之一，于1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转.,静止电荷,8-1电磁感应定律,一、简单回顾,运动电荷,二、电磁感应现象,磁铁插入或抽出时，电流计指针偏转。,铜棒左右滑动时电流计偏转。,K闭合和打开时，电流计偏转。,结论：穿过某闭合回路的磁通量发生变化时，回路中产生感应电流。,当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中有感应电动势产生，并且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。,数学表达：,三、电磁感应定律,文字表述:,熟练掌握,感应电流：,(一)定律说明：,K为比例系数，它的取值决定各量所用的单位。,只适用于单匝线圈回路。,N匝线圈：,（SI中K=1）,称为磁链,“”的含义:,由楞次定律来解释。,四、楞次定律,1、用楞次定律来确定感应电动势的方向,步骤：,回路内感应电流产生的磁场总是企图阻止或补偿回路中磁通量的变化。,掌握,例：应用楞次定律判断I感和电动势方向。,B,I感,m,m0,m0,用楞次定律判断感应电流方向,2、楞次定律说明,（1）楞次定律的宏观表象：,（2）楞次定律是能量守恒在电磁感应现象中的具体表现。,反抗相对运动、反抗磁场变化等,五、应用法拉第电磁感应定律解题的方法,1.确定回路中的磁感应强度B；,4.由楞次定律确定出电动势的方向。,熟练掌握,例1.如图所示，通电长直导线与矩形线圈共面，且与长直导线平行，当长直导线中通有电流时，求t=0时线圈中感应电动势.,解:在矩行线圈中取面元ds=cdr,该处磁感应强度的大小为：,通过矩形线圈的磁通量为：,由法拉第电磁感应定律,t=0时，感应电动势的大小为：,由楞次定律知感生电动势的方向为逆时针。,引起磁通量变化的原因,8-2动生电动势和感生电动势,1、定义:磁场不变,稳恒磁场中的导体运动,或者回路面积变化、取向变化等而产生的感应电动势。,一、动生电动势,电子所受洛仑兹力:,2、动生电动势的成因,动生电动势的产生是由于运动导体中的电荷在磁场中受洛仑兹力fL的结果。,B,非静电场强:,3、动生电动势的普遍形式：,由电动势定义：,动生电动势:,电动势方向从负极到正极。,判断动生电动势的方向：,方向b指向a,熟练掌握,由右手定则判断,例1:长度为L的金属棒在匀强磁场B中绕顺时针转动,角速度为,求动生电动势的大小和方向.(书例题),解1：,取线元dl,方向指向P，由确定出电动势的方向O指向P，则dl上的电动势：,例2、一水平放置的导体棒ab绕竖直轴旋转，角速度为，棒两端离转轴的距离分别为l1和l2(l1l2)。已知该处地磁场在竖直方向上的分量为B，求导体a、b两端的电势差。哪端电势较高？解：,b端电势较高。,1、感生电动势:导体不动,因磁场变化而产生的感应电动势。,二、感生电动势有旋电场,此电流产生的原因是什么？,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,E感,静电场为散场,感生电场为有旋场,3、感生电场与静电场的区别,感生电场,静电场,掌握,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,感生电场,静电场,共同点：和均对电荷有力的作用。,三、涡电流,在大块导体内流动的感应电流，称涡电流。,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,电磁炉：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。,涡电流的应用,感应淬火:插播动画,工频感应炉,在冶金工业中，在高温下熔化活泼的稀有金属容易氧化，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。,涡电流的危害,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，这样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，用多片彼此绝缘的硅钢片叠合而成，使导体横截面减小，涡电流也较小。,8-3自感与互感,一、自感,当线圈中电流发生变化时，线圈中的磁通量发生变化，在线圈中产生自感电动势。,插播动画,1、现象,2、自感系数,闭合回路：,自感系数：,若线圈有N匝，,3、自感电动势,自感：,单位：亨利,4、求解L的步骤：,求穿过此回路面积的磁链与I的关系式；,例：一长直螺线管，线圈密度为n，长度为l，横截面积为S，插有磁导率为的磁介质，求线圈的自感系数L。（书例1）,设回路有电流I，求出电流I激发的磁场B,由定义求出自感系数L。,掌握,解：设线圈中通有电流I,自感系数,二、互感,1.互感现象,.互感系数M,两线圈的互感系数相等：,注意：互感系数与两线圈的大小、形状、磁介质和相对位置有关。,线圈1电流变化在线圈2中产生的互感电动势,线圈2电流变化在线圈1中产生的互感电动势,.互感电动势