第10章-电磁感应与电动势.ppt

10.1法拉第电磁感应定律10.2动生电动势与感生电动势10.3自感与互感10.4磁场的能量10.5麦克斯韦方程组和电磁场,第10章电磁感应和电磁场（8学时）,一、电磁感应现象,当磁场强弱发生变化时,磁场感应出电流。,10.1法拉第电磁感应定律,1831法拉第于实验中发现,无电源,1822法拉第电效应？磁场的（磁生电）,实验表明:当通过导体闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就出现电流。这种电流叫感应电流,回路中必产生推动电流的电动势。,2.通电线圈中电流发生变化时;附近其它线圈中产生了电流,电流计指针摆动,磁铁和线圈相对运动时；,法拉第实验可归为两类：,二、电动势：(electromotiveforceemf),非静电力与电源,1非静电力,i,使正电荷逆着静电场的方向运动,2电源：,提供非静电力的装置,3电动势,（1）定义：电源内部，将单位正电荷从负极板移动到正极板的过程中，非静电力的功。,电动势，只与电源本身的性质有关，与外电路无关,（2）方向：电源内部，从负极到正极，从低电位指向高电位,（3）计算公式,将非静电力的作用看做场的作用非静电场、外来场,若非静电力存在于整个回路中,三、法拉第电磁感应定律(1831年法拉第),1.内容：感应电动势的大小和通过导体回路的磁通量的变化率的负值成正比。,2.数学表达式：,感应电流,感应电动势,首先确定回路的绕行方向,L,0d/dt0e0,当B的方向与绕行方向成右手螺旋关系时，磁通量为正,3.确定回路中感应电动势方向：,规定电动势方向与绕行方向一致时为正,d/dt0,设均匀磁场,若绕行方向取如图所示的回路方向L,按约定磁通量为正,0,正号说明,电动势的方向与所设绕行方向一致,两种绕行方向得到的结果相同,4.式中“”是楞次定律的结果：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。,5.当有多匝线圈时，则整个线圈中总电动势：,全磁通：,磁链（各匝磁通都相等）：,磁通要继续变化，就必须克服感应电流的阻碍而做功。其本质是能量守恒定律。,L绕行方向为顺时针,思考题：电阻变大，方线圈中电动势方向？,例1：直导线中通交流电，置于磁导率为的介质中。求:与其共面的N匝矩形回路中感应电动势。,解：设当I0时，电流方向如图。,建坐标系，设回路L方向如图,任取一面元,0，方向与积分路径方向相同若0,ab,UbUa0,方向从ab,例3一圆环状导线,半径为R,处于均匀磁场中,以匀角速度绕竖直轴AA转动,转轴与磁场方向垂直,当线圈平面转到与磁场方向平行时,求四分之一圆弧ac两点间的感应电动势.,解：,0,方向ac,例：质量为m，长为L的金属棒从静止开始沿倾斜的绝缘框滑下，磁场为均匀磁场,求（1）t时刻ab内的电动势。（2）若框架为金属框，电动势为多少？,a,b,q,解：,绝缘框,q,设：正向为ba,方向为ba,a,b,q,q,q,a,b,q,q,一、感生电动势,根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的一般表示式为：,如果回路L及其包围的面积保持不变，则,动生电动势:导体在稳恒磁场中运动时,所产生感应电动势。,10.2.2感生电动势,二、感生电场感生电动势产生的原因,1861年麦克斯韦大胆假设:“变化的磁场会产生感应电场”。随时间变化的磁场会在空间激发一种电场，称为感生电场。,即感生电动势等于感生电场场强的环流。,感生电场的电场力就是形成感生电动势的非静电力。,产生感生电动势的非静电力是什么？,三、感生电场的性质,1.,不能引入电势概念。,2.,S是以L为边界的任意面积,感生电场与静电场的相同点:对带电粒子同样施以力的作用，这种力都与带电粒子的运动速度无关，都被称为电场力。,感生电场又叫涡旋电场。所以有,与的比较,由静止电荷激发,随时间变化的磁场激发,保守场，有电势概念,非保守场（涡旋场），无电势概念,无源场、无散场,有源场、发散场,线是无头无尾的闭合曲线,线起自正电荷、止于负电荷,根源,环流,通量,四,1.空间总电场场强,静电场,感生电场,2.感生电场是以法拉第电磁感应定律为基础的,源于法拉第电磁感应定律又高于法拉第电磁感应定律。只要以L为边界的曲面内有磁通的变化，就存在感生电场。,真空中电磁学基本定理,3.感生电场的计算（1）原则,（2）特殊空间均匀的磁场被限制在圆柱体内，磁感强度方向平行柱轴，如长直螺线管内部的场。,磁场随时间变化则感生电场具有柱对称分布。,回路L与S方向右手螺旋法则,4.特殊情况下感生电场的计算,解：设场点距轴心为r,根据对称性，取以O为心，过场点的圆周环路L,L,rR,L,O,L,L,rR,特殊条件,电子感应加速器的基本原理1947年世界第一台70MeV,趋肤效应,涡电流：电流的流向呈闭合的涡旋状，故称之为涡电流，简称涡流。,高频感应炉,求半径oa线上的感生电动势,可利用这一特点较方便地求其他线段内的感生电动势补上半径方向的线段，构成回路法拉第电磁感应定律,解：补上两个半径oa和bo与ab构成回路obao,=0,例求上图中线段ab内的感生电动势,E感的方向沿电场线