第6章 电磁感应

1、第6章 电磁感应l 静止电荷和运动电荷都可以激发电场-库伦定律。l 运动电荷还可以激发磁场-比萨定律。l 变化的磁场可以激发电场-法拉第定律。6-1 电磁感应定律1. 电磁感应现象l 磁铁棒与线圈有相对运动时的电磁感应现象：N S ASB l 线圈中电流改变时的电磁感应现象：ASR B l 导体在磁场中运动时的电磁感应现象： A B l 电磁感应现象的归纳：当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时，不管这种变化是什么原因引起的，在该导体回路中就会产生感应电流，这种现象叫电磁感应现象。2. 楞次定律l 楞次定律：电磁感应现象中，闭合导体回路的感应电流具有确定的方向，就是感应电流产生

2、的磁场总是反抗闭合导体回路中磁通量的变化，当闭合导体回路中磁通量增加时，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，当闭合导体回路中磁通量减少时，感应电流产生的磁场与原磁场方向相同。N B B B N B B B N B N S N B N S l 楞次定律是能量守恒定律的反映，当闭合导体回路中磁通量增加时，感应电流产生的磁场与原磁场产生排斥力，当闭合导体回路中磁通量减少时，感应电流产生的磁场与原磁场产生吸引力。排斥力和吸引力都是使磁通量发生变化的外界动力需要做功，做功产生的能量转变成感应电流在闭合导体回路中所做的功。l 楞次定律指出了电磁感应现象是能量转化现象之一。3. 法拉第电磁感应定律l 法拉第

3、电磁感应定律：电磁感应现象的根本不是感应电流，而是感应电动势，感应电动势与导体回路中磁通量的时间变化率成正比，感应电动势的方向与磁通量的时间变化率的方向满足负的右手螺旋定则：l 法拉第电磁感应定律的参考方向回路与回路所绷面积的方向，它有两个方向，一个是回路方向，一个是面积方向，规定回路方向与面积方向满足右手螺旋定则，规定电动势的参考方向是回路方向， 磁通量的参考方向是面积方向。BB减小时BB增加时BB减小时BB增加时l N匝线圈时的法拉第电磁感应定律l 导体中的感应电流：l 通过导体中任一截面的感生电荷与电磁感应过程无关：l 感应电场强度：电磁感应现象的根本是感应电动势，感应电动势的根本是感应

4、电场强度l 感应电场强度与导体回路和磁感应强度的关系：回路与回路所绷面积的方向满足右手螺旋定则4. 动生电动势和感生电动势l 导体回路感应电动势由回路磁通量的变化产生，而回路磁通量的变化由两个方面的原因引起，一是回路所绷面积变化，二是磁感应强度变化，因此，导体回路感应电动势可以由改变回路所绷面积和改变磁感应强度两类方法获得。l 回路不变化，磁场改变产生的感应电动势叫感生电动势。l 磁场不变，回路所绷面发生变化产生的感应电动势叫动生电动势。l 回路所绷面发生变化可以也分为两种，一种是导体回路的运动，一种是导体回路形状产生形变，这两种情况都会产生动生电动势。5. 例题l 例题13-1l 例题13-

5、26-2 动生电动势1. 在磁场中运动导线内的动生电动势： A B- vl x x x+dx l 在磁场中运动导线内的动生电动势的例子 取电动势与磁感应通量的参考方向，它们满足右手螺旋定则。 求以磁感应通量参考方向求磁感应通量及其增量 根据法拉第定律求动生电动势 归纳总结动生电动势的一般规律：l 导体在磁场中切割磁感应线产生动生电动势。l 产生动生电动势的感应电场强度。 考虑不运动的导体部分不产生感应电场 对比关系式得产生动生电动势的感应电场强度：l 动生电动势的感应电场力、洛伦兹力、安培力三者之间的关系 B v ve Fk FA Fe F vk Ek -e 研究导体中的一个电子; 外力作用于

6、导体，使导体产生运动，运动速度为；电子随导体运动，其运动速度为; 以速度运动的电子，在磁感应强度的作用下产生洛伦兹力，这个力就是动生电动势的感应电场力，因此感应电场强度为 动生电动势为 感应电场力使电子在导体中运动，设运动速度为，它产生感应电流： 运动速度为的电子，由在磁场的作用下也产生洛伦兹力，它也就是感应电流在磁场中产生的安培力： 要保证导体以速度匀速运动,则外力要等于安培力，方向相反： 外力所做的功率为： 感应电场力所做的功率为： 外力所做的功率等于感应电场力所做的功率。 电子的总速度和总的洛伦兹力为： 总的洛伦兹力对电子做的总功率等于零。l 在动生电动势的产生过程中，磁场的洛伦兹力没有

7、做功，外力所做的功通过洛伦兹力转化成了动生电动势所做的功。外力使导体运动，导体运动通过磁场产生动生电动势，动生电动势产生感应电流，感应电流通过磁场产生安培力，安培力反抗道题的运动，磁场起了一个机械能到电能的转换中介。l 没有感应电流，就没有电子在导体中的运动速度，电子在导体中的运动速度就没有外力所做的功，也没有感应电场力所做的功，没有安培力，导体的匀速运动也就不需要外力，但是感应电场是始终存在的，即有没有感应电流，感应电场都是存在的，这个概念非常重要：， 有动生电动势无动生电动势 2. 在磁场中运动线圈的感应电动势3. 动生电动势与感应电流所做的功：4. 例题l 例题13-3l 例题13-4l

8、 例题13-56-3 感生电动势1. 感生电场l 动生电动势和动生电场的产生可以用洛伦兹力来解释，感生电动势和感生电场不能用洛伦兹力来解释，感生电动势和感生电场表示为：l 法拉第感生电动势和感生电场的解释：闭合导体中的变化的磁场时候，在导体中有感生电动势和感生电场产生： B l 麦克斯韦感生电动势和感生电场的解释：在变化的磁场的空间有感生电动势和感生电场产生，导体存在不存在，感生电动势和感生电场都存在： B 导体移去 2. 有旋电场和无旋电场l 有了麦克斯韦感生电场的解释，电场的起源就有两种，一种是电荷所激发的，一种是变化磁场所激发的。l 电荷所激发的电场，其电场线是不闭合的，它叫无旋电场，即

9、： +q -q l 变化磁场所激发的电场，其电场线是闭合的，它叫有旋电场，即： I B E E 3. 螺旋管内外的感生电场：螺旋管的电流在螺旋管内产生磁场，电流变化，磁场也变化，该变化的磁场将在螺旋管内外都产生感生电场，例题13-6:4. 电子感应加速器：6-4 涡流1. 感生电场在导体中产生涡流，导体中的涡流将有能量的损耗，该能量由外界提供。 I B I 2. 减小变压器铁芯中的涡流，从而减小变压器的损耗 B 3. 在阻尼摆中，摆切割磁感应线产生涡流，它消耗摆的机械能，使摆产生阻尼。6-5 自感和互感 1. 自感的例子 2. 互感的例子3. 自感和互感的一般关系l 自感：自感只与线圈的几何结构和介质有关，与电流和电动势无关l 互感：互感只