变化中的磁场和电场

1、变化中的磁场和电场 1第1页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二第十四章 变化中的磁场和电场结构框图法拉第电磁感应定律感应电动势的计算磁场能量麦克斯韦的两条假设涡旋电场位移电流经典电磁理论的基本方程2第2页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二第一节 电磁感应现象及其规律一、电磁感应现象1820年： 奥斯特实验：电 磁1821 1831年：法拉第实验：磁 电对称性3第3页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二二、电动势1. 电流的形成电场中,自由电子除热运动外,叠加定向加速运动。频繁碰撞使加速运动间断进行，其平均效果为定向匀速运动 漂移运动。4

2、第4页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二2. 电流密度矢量大小：通过与该点 垂直的单位截面上的电流方向：与 的漂移运动方向（ 方向）相同分布：电流线其切向即 方向其疏密 大小可以证明：在一般金属或电解液中电流密度与电场强度有关系5第5页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二 I 与 的关系：通过某截面的电流强度即电流密度矢量 通过该面的通量。3. 稳恒电流条件：穿过封闭曲面 S 的 通量为零 稳恒电流一定是闭合的，或两端通向 无穷远。(在无穷远处闭合) 稳恒电流的电场分布不随时间变化。通过截面 的电流强度 不变通过截面内各点电流密度 不变稳恒电流6第6页，共

3、25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二4.电源电动势 稳恒电场的能量来源+ -电源作用：提供非静电力 ，将 由负极板移向正极，保持极板间电势差， 以形成持续的电流。(1) 力的观点7第7页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二作用机理： 反抗 做功， 将其他形式能转变为电能断路：时平衡通路外电路：内电路：作用，将 由正极 负极将 由负极 正极共同作用形成持续电流电源 - 产生非静电力、维持电势差的装置。8第8页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二(2) 能量转换外电路：内电路：做功如何？非静电场强：非静电力搬运单位正电荷绕闭合回路一周做功：非静电力

4、是非保守力电源 将其他形式的能转换为电能的装置。9第9页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二：可量度电源将其他形式能转变为 电能的能力大小定义：电源电动势若 只在内电路存在：规定指向：说明： 反映电源做功本领，与外电路闭合否无关。 是标量，遵循代数运算法则。10第10页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二内容：闭合回路中感应电动势的大小与通过回路的 磁通量的变化率成正比：: 通过线圈的磁通链数(全磁通)三、法拉第电磁感应定律11第11页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二引起闭合回路中产生感应电动势的是通过回路的 通量的变化，而不是 通量的

5、变化讨论：(1) 通量还是 通量？还是二者皆可？中学：原、副线圈实验原线圈副线圈铁棒12第12页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二(2) 式中负号含义, 楞次定律的本质是什么？楞次定律的本质是能量守恒。如右图所示，用楞次定律分析可知，无论磁棒插入还是拔出线圈的过程中，都要克服磁阻力而作功，正是这部分机械功转化成感应电流所释放的焦耳热，所以小灯泡亮了。13第13页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二(3) 感应电流 IB 在直导体棒匀速向右运动过程中,如果其外框是: 闭合导体回路 持续电流 导体不闭合 瞬态电流,稳定 无导体 无I，但有电磁感应本质 磁通量变

6、化引起了感应电场一定时间内通过回路截面的感应电量：14第14页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二 不同惯性系中的变换很难概括为一个简单公式，可分两种情况处理。感生电动势B 变 变S 变导体转动导体平动动生电动势第二节 感应电动势对线圈参考系： 变化对磁铁参考系： 15第15页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二1. 磁场不变，导体运动引起穿过回路的磁通量变化 所产生的感应电动势叫动生电动势。平衡时 cd 电源 ，反抗 做功，将+q由负极正极，维持U的非静电力 洛仑兹力2. 产生机理：产生 的非静电力是什么？-一、动生电动势16第16页，共25页，2022年

7、，5月20日，4点55分，星期二产生 的非静电力非静电场强注: 动生电动势只存在于运动导体内。由电动势定义：或：-17第17页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二3. 能量关系矛盾？洛仑兹力不对运动电荷做功洛仑兹力充当非静电力思考功能转换？充当非静电力的只是载流子所受总磁场力的一个分力-18第18页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二(1) 回路中无其它电源IcdRx外力功机械能 电能，发电机原理(2) 回路中有一电源cdRI维持I ( ), 外力维持 , 外力t 时间内电能热能机械能电动机原理磁力的功x19第19页，共25页，2022年，5月20日，4点5

8、5分，星期二4. 动的计算两种方法：(1) 由电动势定义求(2) 由法拉第定律求如果回路不闭合，需加辅助线使其闭合。 大小和方向可分别确定。20第20页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二 例1. 长L的铜棒OA，绕其固定端O在均匀磁场 中以 逆时针转动 ，铜棒与 垂直 ，求动 = ?解一 ：取线元与 同向21第21页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二解二：构成扇形闭合回路由楞次定律:22第22页，共25页，2022年，5月20日，4点55分，星期二 例2. 如图所示，一矩形导线框在无限长载流导线I 的场中向右运动，求其动生电动势。 解一：方向方向23第23页