电磁场与电磁波课件

第五章电磁场与电磁波电磁感应现象的发现是电磁学发展史上的一个重要成就，它进一步揭示了自然界电现象与磁现象之间的联系。在理论上，它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实验基础，促进了电磁场理论的形成和发展；在实践上，它为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。1法拉第(MichaelFaraday1791—1867)伟大的英国物理学家和化学家。主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。他创造性地提出场的思想，是电磁理论的创始人之一。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。

25-1电磁感应定律一、电磁感应现象1、电磁感应现象的发现1820年，Oersted发现了电流的磁效应1831年5月24日，Faraday发现电磁感应现象1834年，Lenz在分析实验的基础上，总结出了判断感应电流分向的法则1845年，Neumann借助于安培的分析，从矢势的角度推出了电磁感应电律的数学形式。3若线圈密绕N匝，则：其中叫磁通链。式中的负号反映了感应电动势的方向。感应电流：5二、楞次定律楞次（Lenz,HeinrichFriedrichEmil）楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平洋、印度洋海水含盐量不同的现象，1845年倡导组织了俄国地球物理学会。1836年至1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师范等院校物理学教授。楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律是一大贡献。1842年，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的规律，这就是大家熟知的焦耳——楞次定律。他还定量地比较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。6(判断感应电流方向)感应电流的效果反抗引起感应电流的原因磁通量变化感应电流产生阻碍闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止或补偿引起感应电流的磁通量的变化。7§5-2动生电动势与感生电动势一.电动势电源——将单位正电荷从电源负极推向电源正极的过程中，非静电力所作的功。１.定义

２.表征了电源非静电力作功本领的大小３.反映电源将其它形式的能量转化为电能本领的大小9４.非静电性场强对闭合电路——单位正电荷所受的非静电力。非静电性场强：电场强度静电场力1011非静电力？动生电动势二.动生电动势动生电动势是由于导体或导体回路在恒定磁场中运动而产生的电动势。产生G13动生电动势的成因导线内每个正电荷受到的洛仑兹力为:它驱使正电荷沿导线由b向a移动。由于洛仑兹力的作用使a

端出现过剩正电荷，b端出现过剩负电荷。非静电力+++++++++++++++++++++14正电荷受的静电力平衡时此时电荷积累停止，ab两端形成稳定的电势差。洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因。方向ab在导线内部产生静电场+++++++++++++++++++++152.麦克斯韦假设：感生电动势感生电场力提供非静电力变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，称为涡旋电场或感生电场。记作或+++++++++++++++++++++++++++++++++++由电动势的定义17动生电动势感生电动势特点磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化原因非静电力来源感生电场力洛仑兹力由于S或角度的变化引起回路中m变化由于的变化引起回路中m变化18由静止电荷产生由变化磁场产生感生电场（涡旋电场）静电场（库仑场）具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力是一组闭合曲线起于正电荷而终于负电荷线是“无头无尾”的线是“有头有尾”的，19四、涡电流1、涡电流大块导体处在变化磁场中，或者相对于磁场运动时，在导体内部也会产生感应电流。这些感应电流在大块导体内的电流流线呈闭合的涡旋状，被称为涡电流或涡流。2、涡流的热效应电阻小，电流大，能够产生大量的热量。3、应用高频感应炉加热真空无按触加热214、涡流的阻尼作用当铝片摆动时，穿过运动铝片的磁通量是变化的，铝片内将产生涡流。根据楞次定律感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。因此铝片的摆动会受到阻滞而停止，这就是电磁阻尼。应用：电磁仪表中使用的阻尼电键电气火车中的电磁制动器5、涡流的防止用相互绝缘叠合起来的、电阻率较高的硅钢片代替整块铁芯，并使硅钢片平面与磁感应线平行；选用电阻率较高的材料做铁心。22L——自感系数，单位：亨利（H）一.自感由于回路自身电流、回路的形状、或回路周围的磁介质发生变化时，穿过该回路自身的磁通量随之改变，从而在回路中产生感应电动势的现象。1.自感现象磁通链数§5-3自感磁场能量23亨利(Henry,Joseph1797-1878）美国物理学家，1832年受聘为新泽西学院物理学教授，1846年任华盛顿史密森研究院首任院长，1867年被选为美国国家科学院院长。他在1830年观察到自感现象，直到1932年7月才将题为《长螺线管中的电自感》的论文，发表在《美国科学杂志》上。亨利与法拉第是各自独立地发现电磁感应的，但发表稍晚些。强力实用的电磁铁继电器是亨利发明的，他还指导莫尔斯发明了第一架实用电报机。亨利的贡献很大，只是有的没有立即发表，因而失去了许多发明的专利权和发现的优先权。但人们没有忘记这些杰出的贡献，为了纪念亨利，用他的名字命名了自感系数和互感系数的单位，简称“亨”。25二.磁场能量过程1.开关K选择a灯由暗逐渐变亮过程2.开关K选择b灯由亮逐渐变暗过程1：电源做功一部分转化为磁能存储，一部分转化为焦耳热过程2：存储磁能转化为焦耳热26一.电磁场的基本规律静电场稳恒磁场29变化的磁场产生感生电场电场30对变化的电场是否产生磁场？麦克斯韦位移电流假设：变化的电场可以等效为一种电流——位移电流Id

，因此变化的电场象传导电流一样能产生磁场。磁场31静电场稳恒磁场电场磁场麦克斯韦方程组对称美32二.电磁波变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁场。这样电场和磁场可以相互激发并以波的形式由近及远,以有限的速度在空间传播开去，就形成了电磁波。33一振荡电路无阻尼自由电磁振荡LCEKLC电磁振荡电路L+CAL+CCLCBLCD34+一电磁波的产生与传播变化的电磁场在空间以一定的速度传播就形成电磁波.-+振荡电偶极子+-35平面电磁波示意图2.都在各自的平面内振动。平面电磁波的性质1.电磁波是横波,相互垂直。3.是同相位的，的方向在任意时刻都指向波的传播方向，即波速v的方向。4.电磁波的传播速度为，即v只与媒质的介电常数和磁导率有关。36真空中实验测得真空中光速光波是一种电磁波。37760nm400nm

可见光

电磁波谱红外线

紫外线

射线X射线长波无线电波频率波长短波无线电波无线电波可见光红外线紫外光

射线

射线38红外辐