第 10 章 电磁感应(electromagnetic induction).ppt

1、作者：鞍山科技大学(邮编：114044)，姜丽娜，欢迎使用，10.1法拉第电磁感应定律，法拉第简介，10。动机电动势，10。感应电动势和感应电场，10。互感，10。自感系数，10。磁场能量。电磁感应，迈克尔法拉第，19世纪最杰出的科学家之一，迈克尔法拉第对物理和化学都做出了重大贡献。他通过观察电流在穿过磁场的导线中流动，发现了电磁感应现象。他对电磁感应的发现促进了马克斯威尔斯方程的发展，并导致了发电机的发明。法拉弟早期的化学工作包括阐明电解定律和苯的发现。第十章电磁感应，法拉第电磁感应定律，1。电源的电动势，1。电源的原理是，为了保持电路中的连续电流，除了导体中可自由移动的电荷外，导体的两端应

2、保持连续的电位差。正是非静电力维持了两端之间的电位差。电源的功能是通过电源内部将正电荷从负极板b移动到正极板a，使得导体回路l保持恒定的电场Ek。电源的电动势等于当电源通过电源将单位正电荷从负极板移动到正极时所做的功。它指定电动势从电源的负极板指向正极板。注：Ek是非静电场的场强，1电源电动势的大小仅取决于电源本身的性质，与外部电路无关。电动势的单位是伏特。3不同的电源有不同的非静电力，而且这些力的机制非常复杂。这里，它们被视为非静电场，它们的场强用Ek表示，但这仅表明Ek在引起电路中的电流方面具有与通常的场强E相同的效果，并且其他特性Ek和E可能是绝对不同的。第二，电磁感应现象，当奥斯特在1

3、819年发现电流的磁效应时，法拉第等人很快就研究了它的逆现象，即磁发电。1831年，他终于发现，当闭合电路所包围的区域中的磁通量发生变化时，不管是什么引起的变化，导体电路中都有一个电流，这叫做感应电流，这种现象叫做电磁感应。1833年，冷慈在进一步总结大量实验结果的基础上，提出了一个确定感应电流方向的定律楞次定律。内容如下：(1)闭环产生的感应电流有一个确定的方向，它总是使感应电流通过回路区域产生的磁通量补偿或抵抗引起感应电流的磁通量的变化。伦茨定律本质上是能量守恒的表现。感应电流的方向，法拉第电磁感应定律，感应电流只是回路中感应电动势的外部表达式，而闭环中磁通量的变化直接产生的结果应该是感应

4、电动势。当通过线圈周围区域的磁通量变化时，线圈中产生的感应电动势I与磁通量的变化率成正比。用国际单位制，这个定律可以表示为：1定律：公式中的负号反映感应电动势的方向，这是冷子定律的数学表达式。2电动势方向的确定：确定回路的迂回方向；根据右手螺旋规则，确定循环区域的法线方向；以确定通过回路区域的正和负磁通量；由i=-d/dt确定：如果I为0，则I与绕行方向一致；如果i0 i与绕行方向相反。注：当线圈由N匝导线串联而成时，当磁通量变化时，每匝都会产生感应电动势。如果通过每匝的磁通量是相同的，线圈的N匝总电动势是如果感应电荷被测量并且回路电阻已知，则可以计算回路磁通量的变化值。常用的磁通计就是应用这

5、一原理设计的。根据电动势的概念，当通过闭合回路的磁通量变化时，回路中出现一些非静电力，感应电动势等于单位正电荷沿闭合回路移动所做的功。如果等效非静态场强用Ek表示，感应电动势可表示为：例13360有一个长直螺线管，和一个与之同轴的小线圈，面积为S=6cm2，总共N=10匝，总电阻为R=2，放置在管的中间。在开始时，螺线管中的恒定磁场B0是0.5t。在切断电源之后，螺线管中的磁场根据指数定律B=Boe-t/，其中=0.01s减小到零.找出小线圈中产生的最大感应电动势max和通过小线圈横截面的感应电荷Q。解决方案：通过单匝小线圈的磁通量是：并且在小线圈中产生的总感应电动势是0。当t=0时，感应电动

6、势最大，其值为，在t=0至t=期间，通过小线圈横截面的感应电荷是已知的，如实施例2所示，I=Iocost，并计算线圈中的感应电动势。解决方案：循环选择的方向是顺时针方向。法拉第电磁感应定律告诉我们，只要线圈周围区域的磁通量发生变化，线圈中就会产生感应电动势，改变磁通量的方法有很多，但从本质上来说，可以归纳为两种类型：一个是磁场保持不变，导体环或导体在磁场中移动。这种由导体运动引起的感应电动势称为动态电动势；另一种是导体回路不动时磁场变化引起的电动势，称为感应电动势。感应电动势的本质和电磁感应定律在各种特殊情况下的应用将在下面分别讨论。1.在磁场中移动的导线中的电动势。例：如图所示，当导线ab在

7、磁场中以速度V向右移动时，计算出回路中的感应电动势。当导线在磁场中向右移动dx距离时，通过线圈所包围区域的磁通量增量为：根据法拉第电磁感应定律，移动导线ab段产生的动电动势为：表明通过线圈区域的磁通量增量为导线在移动过程中切割的磁感应线数量，因此动电动势等于导线在单位时间内切割的磁感应线数量。负号代表动生电动势的方向。电动势的本质是：当导体AB在磁场中以速度V向右移动时，导体中的每个自由电子也以方向速度V向右移动，由自由电子施加的洛仑兹力为：ab。在洛仑兹力的作用下，电子将沿着导体从B端移动到A端，在回路中产生感应电场。非静电力是洛伦兹力f，它可以被视为等同于非静电场强度Ek对电子的影响。导线

8、两端的电位差为，上述公式可用于计算任何磁场中动态产生的电动势。电动势方向是3360。当为0时，电动势方向与积分路径相反；当0时，电动势的方向与积分路径一致；或者按照右手法则。众所周知，铜棒OA具有长度l，并且在具有磁感应强度b的均匀磁场中以角速度旋转。计算铜棒中的动态电动势。如图所示，杆AB具有长度L，并且在长直载流导线的磁场中以速度V向上移动。找出杆中的动电动势。解决方案是：方向是：BA。在示例5中，长直导线的电流强度为1，矩形线圈的长度为1和1瓦2.感应电场麦克斯韦从实验事实出发提出了产生感应电势的假设，他认为变化的磁场在其周围激发了一个电场，称为感应电场。麦克斯韦指出，即使没有导体，只要磁场B随时间变化，这种电场就存在。如果把导体放入这个磁场中，导体中就会有电动势，这叫做感应电动势。1感应电场，3感应电场和静电场：之间的比较，所有这些都对电荷施加力；不同的场