《电磁场课前回顾》PPT课件.ppt

1,电磁场 课前回顾,2,1.电荷守恒定律:与外界没有电荷交换的系统,正负电荷的代数和保持不变,2.电荷量子化,3.库仑定律,4.电场强度,I.电场强度计算方法,1.由定义,2.点电荷系,3. 连续带电体：矢量积分法,3,1、有限长均匀带电直杆：,P,2、 无限长均匀带电直杆：,1= /2, 2=/2,3. 有限棒长l ，P点距离直杆无穷远：,相当于点电荷在P点产生的电场,均匀带电直杆：,4,均匀带电圆环：,由场对称性 E=0,2、环心处O点的场强：x=0,E=0,3、距离园环无限远处的P点的场强：当 x R,相当于点电荷在P点产生的电场,1、圆环轴线上P点的场强：,4.场强极大值位置：,令,5,1、圆盘轴线上P点的场强：,均匀带电圆盘：,相当于点电荷的场强,即无限大带电平面附近的电场，可看成是均匀场，场强垂直于板面，方向由所带电荷的正负决定。,3、当,2、当,6,2. 电通量,1.电力线,3.静电场中的高斯定理,.电场强度计算方法,1.具有高度对称的场，利用高斯定理,2.灵活运用电场的叠加原理,如空心均匀带电球体，求球心连线上P点的场强。,7,1.电场力的功,2.静电场中的环路定理,3.电场力做功和电势能的关系：,4. 电势能零点：,5. P点的电势能,6.电势,7.电势差,8,.电势的计算方法,定义,（2）点电荷系的电势,（1）点电荷的电势（为电势0点）,（3）代数积分法连续带电体,场强的线积分法,(为电势0点),9,等势面,等势面的特点: 1.在静电场中沿等势面移动电荷电场力不作功。 2.电力线垂直于等势面。 3.电力线指向电势下降的方向。,电场强度与电势的关系：,电场中电势相同的各点组成的曲面称为等势面,.电场强度计算方法,若电势已知，利用场强与电势的微分关系,10,2、感应电荷,1、导体的静电感应现象,一、静电场中的导体,导体内部的总场强,3、感应电场,二、静电平衡时导体中的电场特性：,1、,导体表面电场强度垂直导体的表面。,2、整个导体是个等势体。,3、导体内无净电荷，所有电荷分布于外表面。,4、孤立导体电荷面密度与导体表面曲率半径成反比；,5、导体表面附近的场强大小为,11,1、 空腔内无电荷： 空腔内表面无电荷，全部电荷分布于外表面； 空腔内场强E = 0空腔导体静电屏蔽外电场。,2、 空腔体原带有电荷 Q ： 将 q 电荷放入空腔内，内表面带有 -q 电电荷,外表面带有 Q + q 电荷； 外表接地可屏蔽内部电场变化对外部电场的影响。,二、静电平衡时导体空腔的性质 静电屏蔽,12,1.电容器电容,球形电容器,平行板电容器,一、电容器电容,圆柱形电容器,2.电容器串联,3.电容器并联,电容器的电容只与电容器的大小、形状、电介质有关，而与电量、电压无关。,13,二、静电场中的电介质,1、 电介质的极化,1.无极分子的位移极化；有极分子的转向极化,2.极化电荷产生极化电场：,3.介质内的电场：,说明：,14,2、 极化强度,电极化强度 是反映介质极化程度的物理量。,极化率e仅取决于电介质种类。,为极化电荷的面密度,电极化强度通过任意封闭曲面的通量：,说明：,电介质没极化：,真空中：,15,3、电位移矢量：,4、介质中的高斯定理：,真空中：,介质中：,介质中的高斯定理包含了真空中的高斯定理。,与 的关系,*只适用于各向同性的均匀介质。,为外电荷的面密度,16,六、电容器能量,七、电场能量,八、电场能量密度,17,一、磁的基本现象,磁现象与电荷的运动有着密切的关系。运动电荷既能产生磁效应，也能受磁力的作用。,电场,磁场,反映磁场性质的物理量：磁感应强度,磁感应强度 的大小：,单位:特斯拉(T),磁感应强度 的方向：,小磁针在场点处时N极的指向。,18,二、毕奥萨伐尔定律,研究电流元产生的磁感应强度,载流导线上的电流元Idl，距它r 处的P点的磁感应强度的大小为：,真空中的磁导率： 0= 410-7 TmA-1,的方向,大小：,方向：,为 与 之间的夹角。,的方向垂直于 和 所形成的平面。,19,2.无限长载流直导线的磁场：,3.半无限长载流直导线的磁场：,4.载流导线延长线上任一点的磁场：,1.有限长载流直导线的磁场：,20,1.载流圆环轴线上一点的磁感应强度,2.载流圆环环心处,x = 0;,3.圆弧电流中心处,21,1.螺线管长L，半径为R，单位长度的匝数为n，轴线上的磁场强度：,方向与电流满足右手螺旋法则,2.无限长：,3.管端口处：,q 0,q 0,B / vr,B / (vr ),方向,三、运动电荷的磁场,大小,22,有限长均匀带电直杆：,无限长均匀带电直杆：,无限长载流直导线的磁场：,有限长载流直导线的磁场：,23,均匀带电圆环轴线上P点的场强,环心处O点的场强：,载流圆环轴线上一点的磁感应强度,载流圆环环心处,x = 0,x = 0,24,一.磁力线,形象的描绘磁场分布的空间曲线（规定小磁针的N极指向为磁场的方向）,二.磁力线性质,2、磁力线为闭合曲线，没有起点，也没有终点。,3、磁力线密处 B 大；磁力线疏处 B 小。,1、磁力线不相交。,4.磁力线与电流线互相套联（每条磁力线至少应围绕一根电流线）。,25,三.磁通量,1）穿过某面元的磁通量,2）穿过某一曲面的磁通量,3）.穿过闭合曲面的磁通量,磁场中的 高斯定理,磁场是无源场，磁力线为闭合曲线，磁场是旋场.,磁场与电场有本质的区别，电场为保守场，是有源场,电力线是发散的。电场是散场。,26,四、安培环路定理：,磁感应强度沿闭合回路的线积分，等于环路所包围的电流代数和乘以 0。,1.通有电流 I，半径为 R的圆柱形载流导体内、外的磁感应强度分布。,r R 区域,r R 区域,27,2.通有电流I线圈密度为 n螺线管管内一点的磁感强度,3.匝数为N，内径R1,外径R2,通电流 I的环形载流螺线管管内的磁感应强度,4.求无限大平面电流的磁场（已知电流线密度为j）,方向平行平面垂直电流,28,大小:,方向:,垂直由 和 构成的平面。,洛仑兹力不对运动电荷作功,只改变带电粒子的运动方向,一、磁场对运动电荷的作用洛伦兹力,带电粒作匀速直线运动。,1、带电粒子平行进入磁场,29,带电粒子的运动轨迹为圆周，洛伦兹力为向心力,周期：,2、带电粒子垂直进入磁场,3、带电粒子以任意角度进入磁场,带电粒子作螺旋形运动,螺距,半径,周期,4.带电粒子在磁场和电场中的运动,30,大小：,1、电流元在磁场中所受磁场力,方向：从 右旋到 ，大拇指指向,垂直由 和 构成的平面。,二、磁场对载流导线的作用安培力,2.一段电流在磁场中受力,非均匀磁场中载流导线受力,在均匀磁场中的受力等于从起点到终点的直线电流所受的安培力,31,3.安培力与洛伦兹力的关系,载流导体受到的安培力是大量运动电荷受到的洛伦兹力的宏观表现。,32,三、磁场对载流线圈的作用,1.N匝载流线圈在磁场中受到的力矩,大小：,方向:线圈正法线方向；,磁矩,1. = 0 时，,线圈受力矩为零。线圈处于稳定平衡态。,2. = 90 时：,线圈受力矩最大。,3. = 180 时：,线圈受力矩为零线圈处于非稳定平衡态。,33,1 .载流导线在磁场中运动时磁力的功,2 .载流线圈在磁场中转动时磁力矩的功,四、磁力的功,34,一、电磁感应,回路中磁通量为：,当回路中的 B、S 三者之一发生变化，穿过导体回路的磁通量发生变化，则回路中就产生电流年底现象称电磁感应现象。,电磁感应现象中产生的电流称为感应电流，相应的电动势称为感应电动势。,35,判断感应电流的方向的方法,感应电流的效果，总是反抗引起感应电流的原因。这个原因包括引起磁通量变化的相对运动或回路的形变。,二.楞次定律,感应电流方向的判断方法:,.回路中m 是增加还是减少； .由楞次定律确定 B感 方向； .由右手定则判定 I感 方向。,36,法拉第电磁感应定律描述了感应电动势与磁通量变化之间的关系。,三、法拉第电磁感应定律,1内容：导体回路中的感应电动势的大小与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比., 与回路 L绕向相反 ;, 与回路 L绕向同向;,负号表示感应电动势的方向与磁通量变化的关系。取值与我们预先选择的回路方向有关。,若有N匝线圈，,若每匝磁通量相同，磁链,37,感应电流与m随时间变化率有关。,2.感应电流、感应电量,感应电量只与回路中磁通量的变化量有关，与磁通量变化的快慢无关。,.确定回路中的磁感应强度 B ；,3.应用法拉第电磁感应定律解题的方法,38,四、感应电动势分类：,（1）磁场源不变，导体（回路）运动，导体中载流子受到仑兹力的作用而产生动生电动势。,（2）导体（回路）不动，磁场源发生变化，由于变化的磁场在空间激发了涡旋电场，从而在导体中产生感生电动势。,39,1.动生电动势,4.求导体元上的电动势,5.由动生电动势定义求解。,1.确定导体处磁场 ；,3.分割导体元dl，确定的 与 的夹角2；,2.确定 和 的夹角1；,2.求动生电动势的方法,40,2、感生电动势和感生电场,S是以l为边界的任意曲面,感应电场与磁场增量的方向成左手螺旋关系。,变化的磁场能够激发“涡旋电场”,涡旋电场永远和磁感应强度矢量的变化连在一起。,41,当线圈中电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量也在变化，使线圈自身产生感应电动势的现象叫自感现象。该电动势称为自感电动势。,1.自感现象,2.自感系数L,单位：亨利（H）,自感系数 L 取决于回路线圈自身的性质（回路大小、形状、周围介质等）。,3.自感电动势,如果回路自身性质不随时间变化，则：,42,自感系数的计算：,假设线圈中的电流 I ；,求线圈中的磁通量 m ；,由定义求出自感系数 L。,则线圈的自感系数,1.长直螺线管，线圈密度n，长度l，横截面积S，插有磁导率为的磁介质，,2. 内外半径分别为R1、R2的两个无限长同轴圆筒状导体构成的电缆，两圆筒中电流大小相等方向相反。,则电缆单位长度的自感:,43,当线圈 1 中的电流变化时,所激发的磁场会在它邻近的另一个线圈 2 中产生感应电动势。这种现象称为互感现象。该电动势叫互感电动势。,1.互感现象,2.互感系数,互感系数与两线圈的大小、形状、磁介质和相对位置有关。,3.互感电动势,44,4.互感系数的计算：,假设线圈中的电流 I1 ；,求另一个线圈中的磁通量21 ；,由定义求出互感系数 M=21/I1,1.在长直导线旁距 a 放置长 l、宽 b 的矩形导线框，则两导体的互感系数,45,1.长 l、横截面积 S 的长直螺线管，插有磁导率 的磁介质，绕线圈密度分别为 n1 、n2的两个线圈，则两线圈的互感系数,2. 两线圈完全耦合时，互感系数与自感系数之间的关系满足：,对于两线圈不完全耦合时,其中 k 为耦合系数,（0k1）,46,两线圈的自感系数分别为L1、L2，互感系数为M，串连后的自感系数L=?,1）顺串：两个线圈中的磁场互相加强,2）反串：两个线圈中的磁场互相减弱