磁介质动生电动势课件

1、磁介质动生电动势课件 磁场中的磁介质磁场中的磁介质 磁介质动生电动势课件 7-8-17-8-1物质的磁性物质的磁性 磁介质对磁场的影响磁介质对磁场的影响 真空中真空中 有介质时有介质时 o B BBB o o B B 一一. . 磁介质的分类磁介质的分类 7-8 7-8 磁介质磁介质 磁介质动生电动势课件 BBB o 介质的相对介质的相对 磁导率磁导率 顺磁质顺磁质 抗磁质抗磁质 铁磁质铁磁质 类比电介质类比电介质 中的电场中的电场 传导电流产生传导电流产生 与介质有关的电流产生与介质有关的电流产生 0 BB r 1 1 1 r r r 在介质均匀充满在介质均匀充满 磁场的情况下磁场的情况下

2、氧气、空气、 铝 铜、汞、铅 铁、钴、镍 r 磁介质动生电动势课件 7-8-2 7-8-2 磁介质的磁化机理磁介质的磁化机理 磁化电流磁化电流 ppp mmlms ml p 轨道角动量轨道角动量 对应的磁矩对应的磁矩 自旋角动量自旋角动量 对应的磁矩对应的磁矩 v mlm pp TeI/ )/2/(e 2 e ISpml 2 2 r e 2 2 r e 1. 1. 分子电流分子电流 分子磁矩分子磁矩 磁偶极矩磁偶极矩 每个分子等效一个圆电流每个分子等效一个圆电流 磁介质动生电动势课件 ml p v ml p 2 2 r e e f eEfe rm 2 0 ml p v e f B 讨论加外磁场

3、讨论加外磁场 （1 1）、）、 ml pB / m f evBfm rmevBeE 2 rmeE 2 0 而 rmevB)( 00 0 )( 0 0 rm evB 磁介质动生电动势课件 ml p v e f B m f 0 )( 0 0 rm evB 2 2 r e pm 0 2 2 0 r e ppp mmm 2 0 0 2 r e pm 反向与 mm pp m p 反向与Bpm 磁介质动生电动势课件 ml p v e f B 0 )( 0 0 rm evB 2 2 r e pm 0 2 2 0 r e ppp mmm 2 0 0 2 r e pm 同向与 mm pp m p （2 2）、）

4、、 ml pB / rmevBeE 2 rmeE 2 0 而 m f 反向与Bpm 称为分子的抗称为分子的抗 磁效应磁效应 磁介质动生电动势课件 顺磁质顺磁质无外场时无外场时 0 0 m p 0 0m p 0mm pp 加外场时加外场时 分子磁矩要受到一个力矩分子磁矩要受到一个力矩M的作用，的作用， 使分子磁矩转向外磁场的方向。使分子磁矩转向外磁场的方向。 M p m B= + B 0 p m Bppp mmm /)( 0 但但 显顺磁质显顺磁质 磁介质动生电动势课件 p m 0磁畴磁畴铁磁质铁磁质 抗磁质抗磁质 无外场时无外场时 0 0 m p 0 0m p 加外场时加外场时 )( 0mmm

5、 ppp Bpm / 显抗磁质显抗磁质 磁介质动生电动势课件 7 78 83 3 磁介质的磁化磁介质的磁化 磁化强度磁化强度 M p V v mi i lim 0 单位体积内分子磁单位体积内分子磁 矩矢量和矩矢量和 无外场时无外场时 加外场时加外场时 考虑顺磁质考虑顺磁质 B 0 磁介质动生电动势课件 si B 0 s j l S圆柱体横截面积圆柱体横截面积nSIp s i mi S V p M i mi n lS SI s n l I s njs 磁化面电流密度（单位长度上的电流）磁化面电流密度（单位长度上的电流） s j n 下面讨论磁化强度的路径积分下面讨论磁化强度的路径积分 磁介质动生

6、电动势课件 ab c d M 0M 磁介质外部磁介质外部 l dMl dMl dMl dMl dM a d d c c b b a l dM b a _ abM _ abjss I s Il dM njM s 磁介质动生电动势课件 7-8-4 7-8-4 磁场强度磁场强度H HH H的环路定理的环路定理 传导 Il dH L H B M o HHM rm 1 BH or 各向同性各向同性 )( 0s L IIl dB 传导 s Il dM 传导 Il dM B L )( 0 )(MHB o H 介质磁导率 磁化率 m njM s 相对磁导率 r 磁介质动生电动势课件 例例 在螺绕环上密绕线圈共

7、在螺绕环上密绕线圈共400匝，匝， 环的平均周长是环的平均周长是40cm，当导线内通有电流，当导线内通有电流 20A时，利用冲击电流计测得环内磁感应强时，利用冲击电流计测得环内磁感应强 度是，计算度是，计算 (1)磁场强度磁场强度; (2)磁化强度磁化强度; (3)磁化率磁化率; (4)磁化面电流和相对磁导率。磁化面电流和相对磁导率。 磁介质动生电动势课件 解：解： = H NI l (1) 40020 0.4 =2.0 104(A/m ) = B H 0 M 410-7 = 1.0 2.0104 =105(A/m ) = 7.76105 2.0104 38.8= =jsl Is =Ml =1

8、05(A ) 7.761050.4 = Is =is N 3.1105 400 =775(A ) =+= r 1 m (2) (3) (4) = H M m 磁介质动生电动势课件 I 1 R 2 R 1 2 I 例：如图，半径为例：如图，半径为 ，磁导率为，磁导率为 的无限长圆柱体的无限长圆柱体 通有电流通有电流I I，半径为，半径为 的无限长柱壳通有反向电流的无限长柱壳通有反向电流I I， 在它们之间充满磁导率为在它们之间充满磁导率为 的介质，求的介质，求 ， 的分布的分布 1 2 1 R 2 R H B Il dH L H 2 2 1 2 1 r R I r 2 1 2 R Ir 1 Rr

9、 r I 2 0 2 Rr 21 RrR HB 2 1 1 2 R Ir r I 2 2 0 磁介质动生电动势课件 磁介质不充满磁场的情形，如顺磁质。磁介质内磁介质不充满磁场的情形，如顺磁质。磁介质内 B A B 0 0 BB B 0 BB A BA BB 0 / BB 0 0 S SdB 0 S SdB 0 BBB SS SdBBSdB ) ( 0 0 磁介质动生电动势课件 7-8-5 磁介质动生电动势课件 3. 有剩磁，即撤去有剩磁，即撤去H，B=Br 0,有有磁饱和及磁滞现象。磁饱和及磁滞现象。 4. 1. 磁导率磁导率不是一个常量，它的值不仅决定于原线圈不是一个常量，它的值不仅决定于原

10、线圈 中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。中的电流，还决定于铁磁质样品磁化的历史。B 和和H 不是线性关系。不是线性关系。 2. 有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强有很大的磁导率。放入线圈中时可以使磁场增强100 -10000倍。倍。 铁磁质铁磁质 铁、钴、镍、镝等物质铁、钴、镍、镝等物质 B 磁介质动生电动势课件 磁磁 滞滞 回回 线：线： c s r . . . . . . c r B . . B H a b c d e f g o s B c H 磁滞现象：磁滞现象： H 滞后于滞后于B 的变化的变化 Br s B 磁介质动生电动势课件 软磁材料软磁材料 特点：磁导率大，矫顽

11、力小，特点：磁导率大，矫顽力小， 磁滞回线窄。磁滞回线窄。 应用：硅钢片，作变压器的铁应用：硅钢片，作变压器的铁 芯。铁氧体（非金属）芯。铁氧体（非金属） 作高频线圈的磁芯材料。作高频线圈的磁芯材料。 矩磁材料：作计算机中的记忆元件。矩磁材料：作计算机中的记忆元件。 硬磁材料硬磁材料 特点：剩余磁感应强度大，矫特点：剩余磁感应强度大，矫 顽力大，磁滞回线宽。顽力大，磁滞回线宽。 应用：作永久磁铁，永磁喇叭应用：作永久磁铁，永磁喇叭 磁介质动生电动势课件 测量磁滞回线的实验装置测量磁滞回线的实验装置 0 510 15 20 A 测量测量H 测量测量B 的探头的探头 （霍尔元件）（霍尔元件） 电阻

12、电阻 换换 向向 开开 关关 电流表电流表 螺绕环螺绕环 铁环铁环 狭缝狭缝 磁介质动生电动势课件 0 5 10 15 20 A N R = 2 H I 从磁强计中从磁强计中 可以测得可以测得B 根据电流的测根据电流的测 量再由式量再由式 可得到可得到H 磁磁 滞滞 回回 线线 c s r . . . . . . c r B . . B H a b c d e f g o s B 磁介质动生电动势课件 p m 0 磁畴磁畴 铁磁质磁化机理铁磁质磁化机理 无外场时无外场时 有外场时有外场时 铁磁质内部相邻原子的磁铁磁质内部相邻原子的磁 矩会在一个微小的区域内形成矩会在一个微小的区域内形成 方向一

13、致、排列非常整齐的方向一致、排列非常整齐的 “自发磁化区自发磁化区”，称为磁畴。，称为磁畴。 2117 1010 每个磁畴所含分子数：每个磁畴所含分子数： 磁畴大小：磁畴大小： 3810 m1010 磁介质动生电动势课件 铁磁质在外磁场中的铁磁质在外磁场中的 磁化过程主要为畴壁磁化过程主要为畴壁 的移动和磁畴内磁矩的移动和磁畴内磁矩 的转向。的转向。 自发磁化方向自发磁化方向 逐渐转向外磁场方逐渐转向外磁场方 向（磁畴转向），向（磁畴转向）， 直到所有磁畴都沿直到所有磁畴都沿 外磁场方向整齐排外磁场方向整齐排 列时，铁磁质就达列时，铁磁质就达 到磁饱和状态。到磁饱和状态。 T K T K 磁介

14、质动生电动势课件 第第8 8章章 变化的电磁场变化的电磁场 磁介质动生电动势课件 电磁感应现象电磁感应现象 v B v NS i G i G B v i )(a )(b )(c )(d 8-1 8-1 电磁感应定律电磁感应定律 8-1-18-1-1法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 磁介质动生电动势课件 即即 变化变化 在闭合回路上产生电流的条件：在闭合回路上产生电流的条件： SB , ),(SB 或之一变化之一变化只要只要 结论：结论： 形成形成电流电流本质是电动势本质是电动势 形成的形成的电流称为电流称为感应电流感应电流 磁介质动生电动势课件 8-1-2 8-1-2 规律规律 1. 1.

15、 楞次定律楞次定律- -感应电流的方向感应电流的方向 闭合回路中感应电流的方向，总是使它所激发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。的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。 楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象上的楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象上的 具体体现。具体体现。 v NS i G N S 磁介质动生电动势课件 dt d i 2. 2. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律- -感应电动势的大小感应电动势的大小 dt d k i S SdB 为以闭合回路为为以闭合回路为 周界任意面积的通量周界任意面积的通量 法拉第电法拉第电 磁感应定磁感

16、应定 律律 1k dt d i SISI单位下取单位下取 dt d i 考虑楞次定律则考虑楞次定律则 为闭合回路为闭合回路 的电动势的电动势 磁介质动生电动势课件 注意上式应用要配以某些约定的注意上式应用要配以某些约定的 或考虑楞次定律的或考虑楞次定律的 i d dt 约定约定 首先任定回路的绕行方向首先任定回路的绕行方向 当当磁力线方向与绕行方向成右螺时规定磁磁力线方向与绕行方向成右螺时规定磁 通量为正通量为正 规定电动势方向与绕行方向一致时为正规定电动势方向与绕行方向一致时为正 磁介质动生电动势课件 根据这一符号系统可以由楞次定律确定根据这一符号系统可以由楞次定律确定 电动势电动势的方向。

17、的方向。 dS 右旋符号系统：右旋符号系统： 绕行方向绕行方向L和法线方向和法线方向 n 构成一个右旋符号系统。构成一个右旋符号系统。 的方向：和的方向：和L构成右旋构成右旋 dS 作为作为 d S 正方向。正方向。 的符号：的符号：和和L方向绕行一致为方向绕行一致为“”。 的符号：的符号： L n 0 90 为为“”。 d S 夹角小于夹角小于 B与与 S SdB 符号的确定符号的确定 磁介质动生电动势课件 分四种情况讨论：分四种情况讨论： 0 1. ， i 0 由定律得由定律得 与与故故 i L方向相反。方向相反。 0 2.， 由定律得由定律得 d d t 0 d d t 0 L n i

18、L n i 绕绕 行行方方向 向 绕绕 行行方方向 向 故故与 L方向相同。方向相同。 i i 0 d d t 0， 0 d d t 0， 0 3. （同学自证）（同学自证） 4. （同学自证）（同学自证） 磁介质动生电动势课件 若有若有N 匝导线匝导线 i = d d t N = d d t = N磁通链数磁通链数 感应电流感应电流: d = N d t () 感应电量感应电量: dtIdq i R I i i dt d R 1 dtIq i t t 2 1 dt dt d R t t 1 2 1 R d 2 1 R/ )( 21 R/ i = d d t 磁介质动生电动势课件 讨论：讨论：

19、 快速转动：快速转动： I ， t 但但 。 两种情况两种情况I t图面积相等，即图面积相等，即q相等。相等。 慢速转动：慢速转动： t 但但 。 B t I t 0 t 1 2 快快 慢慢 q只和只和 有关，和电流变化无关，有关，和电流变化无关， 即和磁通量变化快慢无关。即和磁通量变化快慢无关。 I ， dtIq i t t 2 1 R/ dt d R Ii 1 dt d i 磁介质动生电动势课件 2 2内由 内由0.25T0.25T线性降为线性降为0 0，求感应电动势的大小和方向。，求感应电动势的大小和方向。 NNB dS S NBS dt d i dt dB NS 5 . 0 25. 0

20、0 01. 050 025. 0V G B 磁介质动生电动势课件 例：直导线通交流电例：直导线通交流电 置于磁导率为置于磁导率为 的的介质中介质中 求：与其共面的求：与其共面的N匝矩形回路中的感应电动势匝矩形回路中的感应电动势 解：设当解：设当I I 0 0时，电流方向如图时，电流方向如图 L I NNBdS S l ad tIIsin 0 已知已知 其中其中 I0 和和 是大于零的常数是大于零的常数 设回路设回路L方向如图方向如图 xo 建坐标系如图建坐标系如图 在任意坐标处取一面元在任意坐标处取一面元 sd sd 磁介质动生电动势课件 NN B dS S ldx x I N ad d 2

21、N Ilda d 2 ln NI l t da d 0 2 sinln d ad t lNI r lncos 2 00 S BdsN dt d i 交变的交变的 电动势电动势 L I l ad xo sd 磁介质动生电动势课件 d ad t lNI r i lncos 2 00 t 2 t 普遍普遍 0 i i i 00),回路的回路的AB边长为边长为 l,以速度以速度v 向右运动，向右运动， 设设t = 0时，时，AB边在边在x =0处，求：任意时刻回处，求：任意时刻回 路中感应电动势的大小和方向。路中感应电动势的大小和方向。 A B x n v e B 磁介质动生电动势课件 解：解： Bt

22、k = 已知：已知： 3 =ABl= . cos=t lk .tv d = dt 2 = costlkv = tlkv A B x n v e B 磁介质动生电动势课件 v B x y 0 M N 磁介质动生电动势课件 duu dS= utg du =dB dS . = uktcosutg du . du=ktg u 2 tcos 1 3 = ktg x 3 t cos dt = d t sinx 3 = 1 3 ktg ()3x 2dx dt tcos 3 = 1 ktg v 3t3 tsinktg v 3t2 t cos 动生动生感生感生 =B dS . = x 0 duktg u 2 t

23、 cos B x y 0 磁介质动生电动势课件 = 1 3 ktg v 3t3 tsinktg v 3t2 tcos 动生动生感生感生 = 动动 Bl vktg v 3t2 tcos= e = 感感 t e = 1 3 ktg v 3t3 tsin 磁介质动生电动势课件 把感应电动势分为两种基本形式把感应电动势分为两种基本形式 动生电动势动生电动势 感生电动势感生电动势 下面下面 从场的角度研究电磁感应从场的角度研究电磁感应 电磁感应对应的场是电场电磁感应对应的场是电场 它可它可使静止电荷运动使静止电荷运动 研究的问题是：研究的问题是： 动生电动势的非静电场？动生电动势的非静电场？ 感生电动势

24、的非静电场？性质？感生电动势的非静电场？性质？ 磁介质动生电动势课件 8-2 8-2 动生电动势动生电动势 1.1.中学：单位时间内切割磁力线的条数中学：单位时间内切割磁力线的条数 vl a b i Blv 由楞次定律定方向由楞次定律定方向 a b i B 均匀磁均匀磁 场场 导线导线 ab在磁场中运动在磁场中运动 电动势怎么计算？电动势怎么计算？ 8-2-1 8-2-1 典型装置典型装置 磁介质动生电动势课件 2. 2. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 建坐标如图建坐标如图 Blx t i d dt Bl dx dt Blv a b i vl a b B 均匀磁场均匀磁场 0 x 设回

25、路设回路L方向如图方向如图 L 负号说明电动势方负号说明电动势方 向与所设方向相反向与所设方向相反 x 磁介质动生电动势课件 8-2-2 8-2-2 动生电动势产生的原因动生电动势产生的原因 非静电力洛仑兹力非静电力洛仑兹力 Bvef m Bv e Bve EK vB i b a vBdl vBlvBdl ba i i a b 00 ldE i 非 k EE 非dl a b v + + + + + + + + + + + + + + B + + + + f m e f 磁介质动生电动势课件 讨论讨论 0 2 , i dl dBv i b a vBdl ldBvd i 0 i dl dBv 0/

26、 i dBv不切割磁力线 a b v + + + + + + + + + + + + + + B + dl vB i a b 为正向路径方向说明沿 i l d 磁介质动生电动势课件 i d dt 8-2-3 8-2-3 动生电动势的计算动生电动势的计算 方法一、方法一、 ii d dvBdl i ldBv a b 方法二、方法二、 注意：动生电动势大小计算的同时要判断注意：动生电动势大小计算的同时要判断 电动势的符号（极性）！电动势的符号（极性）！ 计算所得为回路电动势，计算所得为回路电动势， 电动势符号如何判断？电动势符号如何判断？ 电动势符号判断与电动势符号判断与 方法一有何区别？方法一有

27、何区别？ 磁介质动生电动势课件 求：动生电动势。求：动生电动势。 例例 有一半圆形金属导线在匀强磁场中有一半圆形金属导线在匀强磁场中 作切割磁力线运动。已知：作切割磁力线运动。已知： v, B, R. l dBvd acb 方法一：方法一： dt d dt d acbda a b d c 作作acbdacbd回路，回回路，回 路绕行方向如图路绕行方向如图 0 0 bdaacb 0 adbacb dlvB dlvB b a acb vBR2 vB v + + + + + + + + + + + + + + + + R l d BvR acbadb 2, ba 电动势极性电动势极性 磁介质动生电动

28、势课件 vB d + + v dl B + + + + + + + + + + + + R dvBdl i 方法二：方法二： cosdlvB RdvB cos RdvB ab cos2 2/ 0 vBR2 , ba电动势极性电动势极性 a b 磁介质动生电动势课件 解一：解一： 例例 一金属杆在匀强磁场中转动，已知：一金属杆在匀强磁场中转动，已知： B， ，L ，求：动生电动势。求：动生电动势。 O + + + + + + + + + + + + v B + + + + + + + + a b BS 2 2 1 LB dt d oabo dt d BL 2 2 1 2 2 1 BL boabo

29、aoabo oa 2 2 1 BL , ao 0 磁介质动生电动势课件 dl l vB O L + + + + + + + + + + + + + + + + + v B + + + + + 解二：解二： l dBvd oa dlvB dllB dllB L oa 0 2 2 1 BL0 , ao 磁介质动生电动势课件 = vI0 2 ln a b a+ () a v vB b I 例例 一直导线一直导线CD在一无限长直电流磁场中作切割在一无限长直电流磁场中作切割 磁力线运动。求：动生电动势。磁力线运动。求：动生电动势。 sin90 0 cos180 0 dl l I0 2 v= dldl= v l I 0 2 lld = a b vI0 2 a + l dldl 电动势方向？电动势方向？ l dBvd i )( 解二：略解二：略 解一：解一： 磁介质动生电动势课件 vB cosvBdl Bldlsin 2 ii L dBldl sin 2 0 2 2 sin 2 LB 0 解：建坐标如图解：建坐标如图 dl 在坐标在坐标 处取处取 l 该段导线运动速度垂直纸面向内运该段导线运动速度垂直纸面向内运 动半径为动半径为 r 2 l dBvd i )( 00方向从方向从 a