大学物理上电磁感应1华科.ppt

1、第八章 电磁感应,下周四一起交 最后一次作业 周六下午可核对缺作业次数，尽快补齐缺的业！,回顾： 磁介质,1.介质的磁效应,顺磁质,抗磁质,固有磁矩,附加磁矩,在外磁场中：,2. 有介质时的环路定理:,铁磁质的磁性：磁畴理论,2,解题一般步骤：,由I传,对称场有磁介质时,只需将 “B” 中的 o 即可。,例：无限长螺线管内的磁场,无限长螺线管内充满介质时：,演示实验:巴克豪森效应,2. 铁磁质的磁化,高斯计,通电流：,高斯计：B,b： 晶粒磁取向趋于与H同向,a：畴壁移动，与H同向的磁畴增大（可逆）,B的变化落后于H，从而具有剩磁磁滞效应,每个H 对应不同的B与磁化的历史有关。,1) 起始磁化

2、曲线,2) 剩磁Br,饱和磁感应强度BS,3) 矫顽力Hc,(2) 磁滞回线,(3) 在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高 磁滞损耗,磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。,为什么会出现这些现象？(可证明),4,当温度升高到足够高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则排列。在临界温度（相变温度Tc ）时，铁磁质完全变成了顺磁质。这个温度就是居里点 Tc (Curie Point),如：铁为 1040K，钴为 1390K， 镍为 630K,5,(1) 软磁材料：,r大，(起始磁化率大)饱和磁感应强度大,适用于变压器、继电器、电机、以及各种高频 电磁元件的磁芯、磁棒。,4.3. 铁磁质的分类,特点：,

3、矫顽力(Hc)小， 磁滞回线的面积窄而长， 损耗小（HdB面积小）。,易磁化、易退磁,纯铁，坡莫合金(Fe，Ni)， 硅钢， 铁氧体等。,如,(2) 硬磁材料：,钨钢，碳钢，铝镍钴合金,矫顽力(Hc)大，剩磁Br大 磁滞回线的面积大，损耗大。,适用于做永磁铁。 耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。,6,(3) 矩磁材料,Br=BS ，Hc不大， 磁滞回线是矩形。用于记忆元件，,锰镁铁氧体，锂锰铁氧体,当+脉冲产生HHc，使磁芯呈+B态， 则脉冲产生H Hc 使磁芯呈 B态， 可做为二进制的两个态。,7,稳恒电磁场,？,生,生,生,电荷,运动电荷,磁场,磁场,磁,电,磁石,电场,静电场,稳恒磁场,8,

4、第八章 电磁感应,第1节 法拉第电磁感应定律,第2节 感应电动势,第3节 互感与自感,第4节 磁场的能量,Electromagnetic induction,第5节 麦克斯韦方程组,9,一、电磁感应,电磁感应现象,法拉第的实验:,为获得强磁场，电 池组用到120个电瓶,i,i,i,10,的共同因素:,导体回路中的磁通量发生变化!,导体回路中电流从何而来?,问:,演示,电动势,11,电磁感应的实质是产生感应电动势,二、法拉第电磁感应定律,法拉第电磁感应定律,其中i为回路中的感应电动势,1. 电磁感应定律（实验总结）,回路中的感应电流:,注: 以下B简写为 !,12,1 任一回路中：,其中B, S

5、有一个量发生变化, 回路中就存在i。,2 “”表示感应电动势的方向, i 和 都是标量， 方向只是相对规定的回路绕行方向而言。例如：,i与假定方向相反,若,若,i与假定方向同向,则i 0,则i 0,L,L,13,楞次定律:,闭合回路中，感应电流总是使它激发的磁场去阻碍 引起闭合回路中磁通量的变化。,顺时针方向,逆时针方向,3 感应电动势的方向可直接用楞次定律判断.,例如:,L,L,14,2. 电磁感应定律的一般形式,若回路由N匝线圈组成：,若 1= 2= = N= ，则,其中 =1+2+N 回路的总磁通匝链数,回路中的感应电流：,从t1t2时间内, 通过导线任一横截面的电量：,若已知N、R、q

6、，便可知 =？,若将1定标, 则2为t2时回路的磁通量。,全磁通,磁通计 原理,例1. 长直导线通有电流I，在它附近放有一 矩形 导体回路. 求:（1）穿过回路中的 ； （2）若I=kt (k=常数)回路中i=？ （3）若I=常数，回路以v向右运动，求i=？ （4）若 I=kt, 且回路又以v向右运动时, 求i=？,解：,设回路绕行方向为顺时针,（1）,（2）I = kt 时，在t 时刻:,逆时针方向,r,距导线r处取一窄条dr,窄条面上的磁通为：,Bldr,则：,9,（3）任意t 时刻回路的磁通量,顺时针方向,a+vt,b+vt,10,例1. 求:（3）若I=常数，回路以v向右运动，求i=？

7、 （4）若 I=kt, 且回路又以v向右运动时, 求i=？,解：,（4）综合（2）（3）t 时刻回路的磁通量为,i0, 同向,i0, 反向,4. 电源电动势,+Q,Q,i,提供非静电力的装置电源,A将q从负极移到正极F非做的功,则电源的电动势为：,从场的观点：,引入 等效非静电场的强度,电源的电动势：,或,对闭合回路。,18,感应电动势i 内是什么力作功？, 的变化方式：,导体回路不动，B变化感生电动势,导体回路运动，B不变动生电动势,i 为回路中载流子提供能量！,它们产生的微观机理是不一样的。,电磁感应的实质是产生感应电动势：,19,二-1、动生电动势,B不变，导体回路运动。,1. 产生动生

8、电动势的机制,1）等效非静电场Ek,导线 L 在外磁场中运动时，L内自由电子受到 磁场力作用：,定义非静电场：,方向,2）动生电动势定义,动,20,动生电动势的非静电场:,但是：,矛盾？,动的出现是什么力作功呢？, f洛不作功!,3. 谁为回路提供电能？,2.一般情况下动生电动势的计算,当,注意：,可见,动生电动势只出现在运动的导体上.,21,电子同时参与两个方向的运动：,方向, 随导体运动；,方向, 电子漂移形成电流。,总洛仑兹力：,b,f1,f2,u,V,F,总洛仑兹力不作功,即：,显然：,f1作正功，即非静电力Ek作功。,f2作负功,要使棒ab保持v 运动, 则必有外力作功：,即：,结论

9、: 外力克服洛仑兹力的一个 分力做功,由另一分力转 化为回路中的电能,22,解法一：由定义,方向：,解法二: 用法拉第定律,顺时针方向,例2. 在均匀磁场B中,金属杆ab沿导体框向右以v 运动,如图, =60o, 且dB/dt = 0,求其上的i ?,此电动势只出 现在ab杆上,23,例3. 金属杆oa长L，在匀强磁场B中以角速度反 时针绕o点转动。 求杆中感应电动势。,解法一:,方向:,根据法拉第电磁感应定律,解法二：,任意时刻通过扇形截面的磁通量,根据动生电动势定义 取微分元,o,a,a,24,举一反三：,（1）半径为R 的金属圆盘以转动， 求中心与边沿的,（2）以下各种情况中,(a),(b),(c),(d),25,本节重点： （1）掌握法拉第电磁感应定律及物理意义，并会计算感应电动势和判断方向。 （2）理解动生电动势，并会计算一些简单几何形状的导体在磁场中运动的电动势。,作业：8T1-8,保证了电磁现象中的能量守恒与转换定律的 正确, 并且也确定了电磁“永动机”是不可能的。