10电磁感应1.ppt

1、1,第六章,电磁感应,电磁感应现象揭示了电与磁之间的联系和转化，为人类获取电能开辟了道路，引起了一场重大的工业和技术革命。,2,电 流,磁 场,电磁感应,问题的提出,3,1.基本的电磁感应现象,为了寻找电磁感应现象,在导线静止或磁场恒定条件下所做的种种实验，均以失败告终。,电磁感应现象是一种在磁场变化或导线运动过程中出现的非稳定的暂态效应。,一 电磁感应现象,4,在线圈A中电流接通或断开的瞬间闭合线圈B中出现电流。,1831年8月29日，Faraday发现了电磁感应现象,1831年11月24日Faraday总结了产生感应电流的几种情况。,5,实验一：一闭合导线回路和永久磁铁发生相对运动时，回路

2、中出现电流。 产生感应电流的关键是磁铁的运动。,6,实验二：用载流线圈代替永久磁铁，效果相同,实验三：载流线圈中电流发生变化时，效果相同,感应电流的起因究竟是由于磁棒或通电线圈和线圈的相对运动，还是由于线圈 处磁场的变化呢？,不管用什么方法,只要使线圈处的磁场发生变化,线圈 中就会产生感应电流。,7,实验四：在这一实验中，磁场并没有发生变化，导线运动。,8,运动的恒定电流 变化着的电流,运动的磁铁,磁场变化 回路不动,当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生电流，这就电磁感应现象,磁场恒定，回路运动,9,产生感应电流的条件:(1)闭合导体回（2）穿过闭合回路的磁通量发生变化。,即使回

3、路不闭合，感应电动势仍存在,闭合导体回路中有感应电流产生,回路中存在着电动势（感应电动势）,感应电动势比感应电流更能反映电磁感应现象的本质。,当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生感应电动势。,10,闭合回路中感应电流的方向，总是企图使感应电流产生的磁场去阻碍引起该感应电流的磁通量的变化。,磁场增大，感应电流的磁场与原磁场反向,楞次定律,11,磁场减小，感应电流的磁场与原磁场同向,i,感应电流,12,判断感应电流的方向：,1、判明穿过闭合回路内原磁场 的方向；,2、判断原磁通量的变化 ,按照楞次定律的要求确定感 应电流的磁场的方向；,3、按右手法则由感应电流磁场的 方向来确定感应电流的

4、方向。,13,楞次定律是能量守恒定律的一种表现,维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热.,14,N,S,一个磁铁靠近时，引发感应电流等效于小磁铁,闭合回路与原磁铁之间不可能为引力，若不然给一个小的扰动，则产生相互吸引，电流及相互运动将变 大，能量无处供给！,等效磁针阻碍原磁铁运动,外力克服阻力做功，转化为回路中焦耳热。,15,感应电流的效果反抗引起感应电流的原因 楞次定律的第二种表述,导线运动,感应电流,电流变化,磁铁的运动,线圈变形,16,用楞次定律判断感应电流方向,17,当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时

5、间变化率的负值.,二 电磁感应定律,1845年诺埃曼,18,1) 任设回路的电动势方向(简称计算方向L) 2)当磁力线方向与计算方向成右手螺旋时 磁通量的值取正，否则 磁通量的值取负 3) 0 ，电动势的方向就是所设的方向 0 ，说明电动势方向与所设方向相反,感应电动势的方向,19,与回路取向相反,与回路成右螺旋,20,与回路取向相同,与回路成右螺旋,21,（1）闭合回路由 N 匝线圈组成,磁通匝数（磁链）,（2）若闭合回路的电阻为 R ，感应电流为,磁通计原理,22,例1一矩形闭合导线回路放在均匀磁场中，磁场方向与回路平面垂直，回路的一边ab可以在另外的两条边上滑动，在滑动过程中，保持良好的

6、电接触，若可动边的长度为l，滑动速度为v，求回路中的感应电动势.,23,取回路面积的正法线方向与磁场的方向一致，顺时针为正,感应电流的方向也可用Lenz 定律来判断,电动势与假设的正方向反向，为逆时针方向,电动势为导线运动在单位时间里扫过的面积的磁通,24,例2一根无限长的直导线，其中通有变化的电流，电流以恒定的速率j0增长，一长为a宽为b的短矩形导线框，与直线电流位于同一平面，平行于直导线的两条边到直导线的距离分别为R和R+b。求导线框中的感应电动势。,25,取回路面积的正法线方向与磁场的方向一致,26,例3 在匀强磁场中，置有面积为 S 的可绕 轴转动的N 匝线圈. 若线圈以角速度 作匀速

7、转动. 求线圈中的感应电动势.,27,解,设 时,与 同向 , 则,令,则,28,交流电,29,例4 一长螺线管，长度l=1m，截面积S=1cm绕有N1=1200匝导线，通有直流电流I=2A，螺线管外绕有N2=200匝的线圈，线圈的总电阻R=100, 问当螺线管中的电流反向时，通过外线圈导线截面上的总电量为多少？,30,31,引起磁通量变化的原因,32,（3）磁场变化，导体运动 两种动生电动势,动生电动势 和 感生电动势 统称 感应电动势,33,电动势,闭合电路的总电动势,: 非静电的电场强度.,34,一 动生电动势,动生电动势的非静电力场来源,平衡时,洛伦兹力,35,洛仑兹力是产生动生电动势

8、的根本原因.,运动导体相当于一个电源.,36,一般情况,上的动生电动势,整个导线L上的动生电动势,导线是曲线 , 磁场为非均匀场。,导线上各长度元 上的速度 、 各不相同,37,（2）d 是标量，d 0 时， d 的方向与 正方向相同；d 0 时， d 的方向与 正方向相反,（3） 中有两个夹角 和 ，,动生电动势存在于运动导体ab段.,动生电动势的方向为 在运动导线上的分量,38,计算动生电动势,39,例1均匀磁场 直导线平动,解：,规定a指向b为线元的正方向,40,41,均匀磁场 闭合线圈平动,任意导线在均匀磁场中平动,42,例2 一半圆形金属导线在匀强磁场中运动。已知：,求：动生电动势。

9、,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,R,作辅助线，形成闭合回路,方向：,解：方法一,43,+,解：方法二,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,R,方向：,44,解 根据楞次定律，判断感应电动势的方向,例3 一长为 的铜棒在磁感强度为 的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的 一端转动，求铜棒两 端的感应电动势.,均匀磁场 转动,45,解：方法一,46, ,O,P,（方法二）,取一虚拟的闭合回路OCPO 并取其绕向与 相同 .,则,设 t =0 时点P 与点C 重合即,则 时刻,47,负号表示方向沿OPCO,OC、CP段没有动生电动势, ,O,P,负号表示方向沿OPCO,OC、CP段没有动生电动势,48,方法三,dt 时间内磁通量的增量 d 为, ,O,P,P,负号表示方向沿OPPO,OP、PP段没有动生电动势,49,把铜棒换成金属圆盘（法拉第圆盘）， 中心和边缘之间的电动势是多少？,问题,圆盘边缘的电势高于中心转轴的电势.,50,例 一直导线CD在一无限长直电流磁场中运动。求动生电动势,a,b,I,解：法一,方向,非均匀磁场,规定C指向D为线元的正方向,51,a,