电磁感应动生()

1、一一. .磁介质及其磁化磁介质及其磁化磁场中：磁场中：BBB0 磁化磁化 磁化电流磁化电流 附加磁场附加磁场磁介质磁介质均匀磁介质充满磁场均匀磁介质充满磁场: :0rBB 顺磁质顺磁质1r 抗磁质抗磁质1r 铁磁质铁磁质1r 0Bim 0Bim( (后面介绍）后面介绍）上次课：上次课：二二. .有介质时磁场的高斯定理有介质时磁场的高斯定理仍成立仍成立0SdBS 三三. .有介质时的安培环路定理有介质时的安培环路定理int0LIl dB BBB0 仍成立仍成立MBH0 引入磁场强度：引入磁场强度： int0lIl dH磁场高度对称，介质均匀：磁场高度对称，介质均匀：H先先求求HHBro 六六.

2、.铁磁质铁磁质1.1.铁磁质的特性铁磁质的特性2.2.磁滞回线磁滞回线 r r大大: 10: 102 210105 5 ; ; r r不是常数，即不是常数，即B B与与HH不成正比不成正比; ; 有磁滞效应有磁滞效应; ; 存在居里点存在居里点T TC C，当，当TTTTC C时，铁磁性消失时，铁磁性消失. .IIr2NIH 铁磁质环铁磁质环r平均半径平均半径磁场强度：磁场强度：测出磁感应强度测出磁感应强度BOHBdabcef-Hc cHc cBr r-Br r磁滞回线磁滞回线剩磁：剩磁：B Br r 起始磁化曲线不可逆，起始磁化曲线不可逆，B B 的变化落后于的变化落后于HH，娇顽力娇顽力：

3、HHc c从而具有剩磁从而具有剩磁 磁滞效应。磁滞效应。钨钢，碳钢钨钢，碳钢 ，铝镍钴合金，铝镍钴合金用作永磁体。用作永磁体。矫顽力矫顽力HHc c大大, ,剩磁剩磁B Br r也大也大, ,不容易退磁不容易退磁. . 硬磁材料硬磁材料纯铁纯铁、硅钢硅钢、坡莫合金坡莫合金( (FeFe，Ni Ni ) ) 、铁氧体等。铁氧体等。各种高频电磁元件的各种高频电磁元件的磁芯、磁棒磁芯、磁棒。 软磁材料软磁材料矫顽力矫顽力HHc c小小, ,易磁化易磁化, ,易退磁易退磁. .用作电磁铁铁芯用作电磁铁铁芯. .CHCH BHcH cHBH磁滞回线呈矩形。磁滞回线呈矩形。锰镁铁氧体，锂锰铁氧体锰镁铁氧体

4、，锂锰铁氧体用于用于记忆元件记忆元件，可做为二进制，可做为二进制的两个态。的两个态。 矩磁材料矩磁材料如：铁为如：铁为 10401040K K，钴为，钴为 13901390K K， 镍为镍为630630K K 当温度升高到一定程度时当温度升高到一定程度时, ,铁磁质的高磁导铁磁质的高磁导率、磁滞、等一系列特殊性能全部消失率、磁滞、等一系列特殊性能全部消失, ,而变而变为一般顺磁性。为一般顺磁性。这温度叫这温度叫临界温度临界温度，或称铁磁质的，或称铁磁质的居里点。居里点。3.3.居里点居里点CH CHBH原子间电子交换耦合作用很强，促使其自旋磁原子间电子交换耦合作用很强，促使其自旋磁矩平行排列形

5、成自发的磁化区域矩平行排列形成自发的磁化区域铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。铁磁性主要来源于电子的自旋磁矩。 4.4.铁磁质的磁化机制铁磁质的磁化机制磁化磁化1010-10-101010-8-8mm3 3，含含1010171710102121个分子。个分子。磁畴磁畴有外磁场有外磁场: :磁滞解释磁滞解释居里点解释居里点解释磁畴的观察磁畴的观察巴克豪森效应巴克豪森效应磁致伸缩：磁致伸缩：（类比特殊电介质（类比特殊电介质铁电体：铁电体： 特别大、电特别大、电畴、电滞、居里点、电致伸缩）畴、电滞、居里点、电致伸缩）r 第十章第十章 电磁感应电磁感应18201820年奥斯特：年奥斯特：电流电流磁场磁场

6、18211821年法拉第：年法拉第：磁场磁场电流？电流？18311831年年法拉第提出法拉第提出电磁感应定律电磁感应定律最伟大的发现之一最伟大的发现之一; ;开创性的工作开创性的工作; ;具有划时代意义具有划时代意义; ;人类从此进入了广泛利用电能的新纪元人类从此进入了广泛利用电能的新纪元. .在中学的基础上深化、提高在中学的基础上深化、提高 一点一点.一一. .电磁感应的基本规律：电磁感应的基本规律：1.1.法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律：tddi tNtNdddd (1)(1)如果线圈有如果线圈有N N匝匝, ,则电动势则电动势: :NSi称称N N 为磁通链数为磁通链数( (磁链

7、磁链). ).tddR1I (2)(2)当回路电阻为当回路电阻为R R时时, ,电流电流iIiNS 进一步讨论：进一步讨论：(3)(3)通过回路的感应电量为通过回路的感应电量为: : 21tttdIqR12 tdtddR121tt 电量与电量与 成正比而与成正比而与d d /d/dt t 无关。无关。2.2.楞次定律楞次定律NSG楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的体现楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的体现. .NS“-”“-”号：号：表示感应电动势、感应电流的方向。表示感应电动势、感应电流的方向。 B v 的变化的变化 B不变，导体运动不变，导体运动动生电动势动生电动势导体不动，导体不动，

8、 变化变化 B感生电动势感生电动势感应电动势感应电动势BlVdt)Blx(ddtd|i 1.1.起因：起因：洛仑兹力洛仑兹力i 二二. .动生电动势动生电动势B aV外外Fblx（非静电力）（非静电力）mF+-eFiBveFmBveFEmk ldEki 由电源电动势定义：由电源电动势定义：均匀磁场、直导线、速度均匀磁场、直导线、速度均匀均匀, ,且三者互相垂直：且三者互相垂直：BlV|i 2.2.一般表达式：一般表达式：l d)Bv(di Lil d)Bv( 说明：说明：(1)(1)区别两个角度区别两个角度的的夹夹角角与与Bv的夹角的夹角与与l dBv L-AB电源电源内电路内电路外电路外电路

9、 +ESl d)Bv( B0Bv 0i vvl dBv 0i BBv cosvBli sinvBli v l方向的确定：方向的确定：(2)(2) i i任取任取 的方向，积分后到点电势高的方向，积分后到点电势高l d(3)(3)区别静电场强与非静电场强的积分：区别静电场强与非静电场强的积分：babaUUl dE 静电场强积分：静电场强积分：非静电场强积分：非静电场强积分：iabbakUUl dE (4)(4)与法拉第电磁感应定律所得结果一致与法拉第电磁感应定律所得结果一致. .BBv外外F ( (5 5) )功能关系功能关系: :为了维持导体的运动为了维持导体的运动, ,外力外力需需克服克服安

10、培力安培力做功做功, ,B)uv(efL uvu Lf f/f ff/)0e( 洛仑兹力洛仑兹力 做功的代数和为零。做功的代数和为零。Lf/f产生动生电动势的非静电力产生动生电动势的非静电力 f使电子由高电势移向低电势使电子由高电势移向低电势. .安培力安培力表示了能量的转换与守恒：表示了能量的转换与守恒：外力作正功（输入机械能）外力作正功（输入机械能）动生电动势动生电动势发电机发电机 思考：思考：用类似的办法分析电动机的功能关系。用类似的办法分析电动机的功能关系。求：求：t t 秒末导线两端电位差秒末导线两端电位差 NMld)Bv( laagtdxxI 20alagtI ln20 NMvBd

11、l解：解：alvIMNBN N端电勢高端电勢高例例1 1：无限長直电流的磁場中，导线：无限長直电流的磁場中，导线MNMN水平放水平放置置自由下落自由下落, ,已知已知I I、a a、lxdx0XvLaO ld)Bv(di dt)B2L(d|dtd|2 LodllBd或者用法拉第电磁感应定律或者用法拉第电磁感应定律(假想一扇形回路假想一扇形回路):求：棒中的电动势？求：棒中的电动势？例例2 2：如图所示，导体棒：如图所示，导体棒 oa oa 在均匀磁场中绕在均匀磁场中绕OO点匀速转点匀速转动已知动已知 、LB xldl 2BL21dtdB2L2 2BL21（OO点电势高）点电势高）解解: :B

12、Boa Roa0idllBUU 可视为无数铜棒一端在圆心，可视为无数铜棒一端在圆心，另一端在圆周上，即为并联，另一端在圆周上，即为并联， 2a0iBR21UU 求求: :盘上沿半径方向产生的电动势。盘上沿半径方向产生的电动势。例例3 3：法拉第电机：法拉第电机, ,设铜盘的半径为设铜盘的半径为 R R, ,角角速度为速度为 , ,磁场为磁场为 。B解解: :思路？思路？OO点电势高点电势高思考：思考：若若o o点在点在L/2L/2处或处或L/3L/3处处?oa 例例4 4：无限长直导线，通以电流：无限长直导线，通以电流I I, ,一矩形线圈长一矩形线圈长为为a a, ,宽为宽为b b并与载流导

13、线并与载流导线共面共面，其相对位置如，其相对位置如图线圈以速度图线圈以速度 向右运动向右运动v求：此时回路内的求：此时回路内的?i vIdbaABCD解一：解一：0BCAD avB1AB ad2Iv0 A A点电势高点电势高avB2CD a)bd(2Iv0 DD点电势高点电势高)bd1d1(2Iav0i 顺时针方向顺时针方向解二：解二：vIdbaABCDdrr2Iabdd0 dbdln2Ia0 0dtdi 为什麽？为什麽？正确：正确：drr2Iabxx0 xbxln2Ia0 dtdi dtdx)bx1x1(2Ia0 )bd1d1(2Iav0i 1.1.感生电动势的起因：感生电动势的起因： 当空

14、间的磁场发当空间的磁场发生变化时，不但会在导体回路生变化时，不但会在导体回路中，而且在空间任一地点都会中，而且在空间任一地点都会激发激发感生电场感生电场。感生电场感生电场可对电荷施非静电力可对电荷施非静电力iiI、 三三. .感生电动势感生电动势非静电场非静电场感生电动势起因于变化磁场激发的感生电动势起因于变化磁场激发的感生电场感生电场B麦克斯韦假说：麦克斯韦假说：dtdldELii BiE0tB 2.2.感生电场与变化磁场的一般关系：感生电场与变化磁场的一般关系： sSdBdtdSdtBS “- -”的含义：的含义： 与与 成左手螺旋。成左手螺旋。iEtB B0tB iE3.3.感生电场与静

15、电场比较：感生电场与静电场比较：0dlEl q1dsE0s 0dsEsi 感生电场感生电场iEdstBdlEsli 有旋、无源非保守场有旋、无源非保守场变化的磁场产生变化的磁场产生; ;异：异：Eqfe iiEqf 同：同：E静电场静电场静止电荷产生静止电荷产生; ; 有源、无旋保守场有源、无旋保守场i rL4.4.感生电场及感生电动势的计算：感生电场及感生电动势的计算： ( (磁场具有轴对称分布的情况磁场具有轴对称分布的情况) )如：无限长直螺线管半径为如：无限长直螺线管半径为R R， 0BI:Rr 0dtBd 求：感生电场求：感生电场iEiEiEiEiE由磁场分布的轴对称性可知由磁场分布的

16、轴对称性可知感生电场的分布也具轴对称性感生电场的分布也具轴对称性. . 同一圆周上各点同一圆周上各点 的大小相的大小相等且沿圆周的切线方向等且沿圆周的切线方向. .iEdtdBrrE22i dtdB2rEi 方向：方向： BR左手螺旋或楞次定律左手螺旋或楞次定律. .:Rr dtdBRr2E2i dtdBr2RE2k 方向：方向：左手螺旋或楞次定律左手螺旋或楞次定律. .rEi0R用感生电场求感生电动势：用感生电场求感生电动势： b b 点电势高点电势高ldEbaii LiildE 或：或：dtd 楞次定律楞次定律 BROiEiEiEiE 例一：圆柱形变化磁场，例一：圆柱形变化磁场， 已知且大于零已知且大于零, ,直导直导 线线abab长为长为L L, ,距轴心距轴心h h dtBdab 求：导线上的感生电