一法拉电磁感应定律ppt课件

1、一一. .法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1.1.根本电磁感应景象根本电磁感应景象2.2.电磁感应景象的产生条件电磁感应景象的产生条件 经过某一闭合回路的磁通量随时间发生变经过某一闭合回路的磁通量随时间发生变化，闭合回路产生电磁感应景象。化，闭合回路产生电磁感应景象。11-1 11-1 电磁感应定律电磁感应定律一一. .法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律1.1.根本电磁感应景象根本电磁感应景象2.2.电磁感应景象的产生条件电磁感应景象的产生条件 经过某一闭合回路的磁通量随时间发生变经过某一闭合回路的磁通量随时间发生变化，闭合回路产生电磁感应景象。化，闭合回路产生电磁感应景象。11-1 1

2、1-1 电磁感应定律电磁感应定律3.3.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 不论任何缘由使经过回路面积的磁通量发不论任何缘由使经过回路面积的磁通量发生变化，回路中产生的感应电动势与磁通量对生变化，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间的变化率成正比。时间的变化率成正比。即：感应电动势即：感应电动势mdKdt K为比例系数，在为比例系数，在SI中中K 取取1。dtd假设线圈密绕假设线圈密绕N N 匝，那匝，那么：么：()dd NNdtdt 其中其中 叫磁通链。叫磁通链。N式中的负号反映了感应电动势的方向。式中的负号反映了感应电动势的方向。感应电流：感应电流：dtdRNRiddt 二、楞次定律二、

3、楞次定律 ( (判别感应电流方向判别感应电流方向) )感应电流的效果对抗引起感应电流的缘由感应电流的效果对抗引起感应电流的缘由磁通量变化磁通量变化感应电流感应电流产生产生妨碍妨碍 ab 闭合回路中感应电流的方向，总是使得它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。通量的变化。fv线圈内磁场线圈内磁场变化变化两类实验景象两类实验景象感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势都服从电磁感应定律都服从电磁感应定律导线或线圈在导线或线圈在磁场中运动磁场中运动dSBmdtd11-2 11-2 动生电动势与感生电动势动生电

4、动势与感生电动势一一. . 电动电动势势ABI电源电源KF将单位正电荷从将单位正电荷从电源负极推向电源正极的过电源负极推向电源正极的过程中，非静电力所作的功。程中，非静电力所作的功。.定义定义qAK . .表征了电源非静电力作功身手的大小表征了电源非静电力作功身手的大小.反映电源将其它方式的能量转化为电能身反映电源将其它方式的能量转化为电能身手的大小手的大小. .非静电性场强非静电性场强q/FEKKKKAF dlKqEdlKEdlqAK单位正电荷所受的非静电力。单位正电荷所受的非静电力。非静电性场强：非静电性场强：0qFE非静电力？非静电力？动生电动势动生电动势二二. .动生电动势动生电动势

5、动生电动势是由于导体或导体回路在恒定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。磁场中运动而产生的电动势。产生产生G G vi KEdl动生电动势的成因动生电动势的成因导线内每个正电荷遭到的洛导线内每个正电荷遭到的洛仑兹力为仑兹力为: :它驱使正电荷沿导线由它驱使正电荷沿导线由b b 向向a a 挪动。挪动。 由于洛仑兹力的作用使由于洛仑兹力的作用使a a 端出现过剩正电荷，端出现过剩正电荷，b b 端出现过剩负电荷。端出现过剩负电荷。非静电力非静电力fqvBab+v+Bf洛仑兹力是产生动生电动势的根本缘由。洛仑兹力是产生动生电动势的根本缘由。kF由电动势定义由电动势定义运动

6、导线运动导线abab产生的动生电动势为：产生的动生电动势为：动生电动势的公式动生电动势的公式非静电力非静电力定义定义 为非静电场强为非静电场强kEkfEvBqdlEkiikEdlvB dl()kFfqvBBG G vd ll匀强磁场匀强磁场ikEdlvB dl()vBvB方方向向与与棒棒平平行行vB dlvBdl()ivB dlvBdlBlv()BBikEdlvB dl()/vB0vB0ivBvBvB方方向向与与棒棒垂垂直直0i0vB dl()d ld l+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +B

7、解解Bdl v0LlBdlPioBdll212iBL()idBdlv 例例1 一长为一长为 的铜棒在磁感强度为的铜棒在磁感强度为 的均匀的均匀磁场中磁场中,以角速度以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕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棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势. LBoP点点 P 的电势高于点的电势高于点 O 的电势的电势 方向方向 O PivldivB dl()llBdl1.1.感生电动势感生电动势电磁电磁感应感应非静电力非静电力洛仑兹力洛仑兹力感生电动势感生电动势动生电动势动生电动势NSG非静电力非静电力? ?由于磁场发生变化而由于磁场发生变化而激发的

8、电动势。激发的电动势。2.2.麦克斯韦假设：麦克斯韦假设：感生电动势感生电动势感生电场力提供非静电力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变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，的电场，涡涡E感感E称为涡旋电场或感生电场。记作称为涡旋电场或感生电场。记作 或或+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +BE感感由电动势的定义由电动势的定义iEdl感感dlEkiKEE感感iddt 感生电场与静电场对比感生电场与静电场对比2.2.麦克斯韦假设：麦克斯韦假设：感生电动势感生电动势

9、感生电场力提供非静电力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变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，的电场，涡涡E感感E称为涡旋电场或感生电场。记作称为涡旋电场或感生电场。记作 或或+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +BE感感由电动势的定义由电动势的定义iEdl感感dlEkiKEE感感iddt 感生电场与静电场对比感生电场与静电场对比012ln2ilhlhiabcd1l2lhxdx 例例 无限长直导线无限长直导线tsinii 0 共面矩形线圈共面矩形线圈abcd求求

10、: : i 知知: :1l2lh解解: :012il dxxmB dSmiddt mdB dS012il dxxmmd2012h lhil dxx20112hlhildxx0 120lnsin2lhlithmiddt 0 120lncos2lhlith 012ln2ilhlhiabcd1l2lhxdx 例例 无限长直导线无限长直导线tsinii 0 共面矩形线圈共面矩形线圈abcd求求: : i 知知: :1l2lh解解: :dSBm一一. .磁场能量磁场能量 abK过程过程1.开关开关K选择选择a灯由暗逐渐变亮灯由暗逐渐变亮过程过程2.开关开关K选择选择b灯由亮逐渐变暗灯由亮逐渐变暗n过程过

11、程1：电源做功一部分转化为磁能存储，：电源做功一部分转化为磁能存储，一部分转化为焦耳热一部分转化为焦耳热n过程过程2：存储磁能转化为焦耳热：存储磁能转化为焦耳热11-3 11-3 磁场能量磁场能量磁场能量密度：单位体积中储存的磁场能量磁场能量密度：单位体积中储存的磁场能量 wmwm22mBw22mVVBWw dVdV磁场能量磁场能量22mBdWw dVdV在静电场中：在静电场中：能量密度能量密度221Ewe电场能量电场能量VwWWVeeeddeedWw dV在稳恒磁场中：在稳恒磁场中：11-4 11-4 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 电磁波电磁波一一. .电磁场的根本规律电磁场的根本规律0cL

12、Edl静电场静电场0SB dS稳恒磁场稳恒磁场0SqE dS0lB dlIDEBH0SD dSq0lH dlImLdEdldt r变化的磁场产生感生电场变化的磁场产生感生电场cEEEr0cLEdlLSdE dlB dSdt SdB dSdt 对变化的电场能否产生磁场？对变化的电场能否产生磁场？麦克斯韦位移电流假设：麦克斯韦位移电流假设： 变化的电场可以等效为一种电流变化的电场可以等效为一种电流位移电位移电流流Id ，因此变化的电场象传导电流一样能产生，因此变化的电场象传导电流一样能产生磁场。磁场。DdSddID dSdtdtddLSdHdlID dSdt0lHdlI恒恒dHHH恒恒0LSdH

13、dlID dSdt0LE dl静电场静电场0SB dS稳恒磁场稳恒磁场0SqE dS0lB dlI0SD dSq0lH dlI电电 场场磁磁 场场LSdE dlB dSdt 0LSdH dlID dSdt麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组对称美对称美二二. .电磁波电磁波 变化的磁场激发电场，变化的电场激发磁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方场。这样电场和磁场可以相互激发并以波的方式由近及远式由近及远, ,以有限的速度在空间传播开去，以有限的速度在空间传播开去，就构成了电磁波。就构成了电磁波。平面电磁波表示图平面电磁波表示图2. 2. 都在各自的平面内都在各

14、自的平面内振动。振动。HE,平面电磁波的性质平面电磁波的性质1.1.电磁波是横波电磁波是横波, , 相相互垂直。互垂直。vHE,HE,3. 3. 是同相位的，是同相位的， 的方向在恣意时辰都指的方向在恣意时辰都指向波的传播方向，即波速向波的传播方向，即波速v v的方向。的方向。EH00cos()EEt00cos()HHt4.4.电磁波的传播速度为电磁波的传播速度为 ，即，即v v只与媒质只与媒质的介电常数和磁导率有关。的介电常数和磁导率有关。 1 vvEH真空中真空中1800109979. 21smcv实验测得真空中光速实验测得真空中光速181099792458. 2smc光波是一种电磁波。光

15、波是一种电磁波。010203040G磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象010203040G010203040G磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象010203040G010203040G磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象磁铁与线圈相对运动时的电磁感应景象010203040G金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象金属棒在磁

16、场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象010203040GSN金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象010203040GSN金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象010203040GSN金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象010203040GSN金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象010203040GSN金属棒在磁场中作切割磁力线运动时的电磁感应景象金属棒在磁场中作切割磁力线运动

17、时的电磁感应景象010203040GSN一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。回路回路2电池BATTERY010203040G回路回路1一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。回路回路2电池BATTERY010203040G回路回路1一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。回路回路2电池BATTERY010203040G回路回路1一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。回路回路2电池BATTERY010203040G回

18、路回路1一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。一回路中电流变化在另一回路中出现感应电流。回路回路2电池BATTERY010203040G回路回路1L自感系数，单位：亨利H一.自感 由于回路本身电流、回路的外形、或回路周围由于回路本身电流、回路的外形、或回路周围的磁介质发生变化时，穿过该回路本身的磁通量随的磁介质发生变化时，穿过该回路本身的磁通量随之改动，从而在回路中产生感应电动势的景象。之改动，从而在回路中产生感应电动势的景象。I LI 1.1.自感景象自感景象 I磁通链数磁通链数11-3 11-3 自感自感 磁场能量磁场能量2. 2. 自感电动势自感电动势 假设回路几何外形、尺寸不变，周围介质的磁导率不变假设回路几何外形、尺寸不变，周围介质的磁导率不变dtdL dt)LI(d dtdLIdtdIL 0 dtdLdtdILL L 的存在总是妨碍电流的变化，所以自感电动的存在总是妨碍电流的变化，所以自感电动势是对抗电流的变化势是对抗电流的变化,而不是对抗电流本身。而不是对抗电流本身。假设假设 那么那么: ， 与与I 方向一样；方向一样；0dtdI0LL假设假设 那么那么: : ， 与与I I 方向相反方向相反。0dtdIL0L 调查在开关合上后的一调查在开关合上后的一段时间内，电路中的电流滋段时间内，电路中的电流滋长过程：长过程：由全电路欧姆定律由全电路欧姆定律di