大学物理电磁感应定律

1、第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律1831年年 法拉弟电磁感应定律法拉弟电磁感应定律 磁磁 电电1820年年 奥斯特实验奥斯特实验电电 磁磁I第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律 法拉第简介（Michael Faraday,1791-1867) 法拉第于法拉第于17911791年出生年出生在英国伦敦附近的一个小村里，在英国伦敦附近的一个小村里，父亲是铁匠，自幼家境贫寒，无钱上学读书。父亲是铁匠，自幼家境贫寒，无钱上学读书。1313岁时到岁时到一家书店里当报童，次年转为装订学徒工。在学徒工期一家书店里当

2、报童，次年转为装订学徒工。在学徒工期间，法拉第除工作外，利用书店的条件，在业余时间贪间，法拉第除工作外，利用书店的条件，在业余时间贪婪地阅读了许多科学著作，例如婪地阅读了许多科学著作，例如化学对话化学对话、大英大英百科全书百科全书的的电学电学条目等，这些著作开拓了他的视条目等，这些著作开拓了他的视野，激发了他对科学的浓厚兴趣。野，激发了他对科学的浓厚兴趣。1.1.生平生平第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律 1812 1812年，学徒期满，法拉第打算专门从事科学研究。年，学徒期满，法拉第打算专门从事科学研究。次年，经著名化学家戴维推荐，法拉第到皇家

3、研究院实次年，经著名化学家戴维推荐，法拉第到皇家研究院实验室当助理研究员。这年底，作为助手和仆人，他随戴验室当助理研究员。这年底，作为助手和仆人，他随戴维到欧洲大陆考察漫游，结识了不少知名科学家，如安维到欧洲大陆考察漫游，结识了不少知名科学家，如安培、伏打等，这进一步扩大了他的眼界。培、伏打等，这进一步扩大了他的眼界。18151815年春回到年春回到伦敦后，在戴维的支持和指导下作了好多化学方面的研伦敦后，在戴维的支持和指导下作了好多化学方面的研究工作。究工作。18211821年开始担任实验室主任，一直到年开始担任实验室主任，一直到18651865年。年。18241824年，被推选为皇家学会会员

4、。次年法拉第正式成为年，被推选为皇家学会会员。次年法拉第正式成为皇家学院教授。皇家学院教授。18511851年，曾被一致推选为英国皇家学会年，曾被一致推选为英国皇家学会会长，但被他坚决推辞掉了。会长，但被他坚决推辞掉了。18671867年年8 8月月2525日，他坐在书日，他坐在书房的椅子上安祥地离开了人世。房的椅子上安祥地离开了人世。遵照他的遗言，在他的遵照他的遗言，在他的墓碑上只刻了名字和生死年月。墓碑上只刻了名字和生死年月。第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律2.2.主要工作主要工作 1821 1821年法拉第读到了奥斯特的描述他发现电年法拉

5、第读到了奥斯特的描述他发现电流磁效应的论文流磁效应的论文关于磁针上的电碰撞的实验关于磁针上的电碰撞的实验。该文给了他很大的启发，使他开始研究电磁现象。该文给了他很大的启发，使他开始研究电磁现象。经过十年的实验研究（中间曾因研究合金和光学经过十年的实验研究（中间曾因研究合金和光学玻璃等而中断过），在玻璃等而中断过），在18311831年，他终于发现了年，他终于发现了电电磁感应现象磁感应现象。 1833 1833年，法拉第发现了年，法拉第发现了电解定律电解定律，18371837年发年发现了电解质对电容的影响，引入了电容率概念。现了电解质对电容的影响，引入了电容率概念。18451845年发现了磁光效

6、应，后又发现物质可分为顺年发现了磁光效应，后又发现物质可分为顺磁质和抗磁质等。磁质和抗磁质等。第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律一一 电磁感应现象电磁感应现象第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律 当穿过当穿过闭合闭合回路的磁通量发生变化时，不回路的磁通量发生变化时，不管这种变化是由什么原因导致的，回路中有管这种变化是由什么原因导致的，回路中有电流产生。电流产生。电磁感应现象中产生的电流称为电磁感应现象中产生的电流称为感应电流感应电流，相应的电动势称为相应的电动势称为感应电动势感应电动势。涡电流跳圈涡电

7、流跳圈第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律感应电流与感应电流与原电流本身无关原电流本身无关， 而是与而是与原电流的原电流的变化变化有关有关。第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律 当当穿过闭合回路所围穿过闭合回路所围面积的磁通量面积的磁通量发生变化时，发生变化时，回路中会产生感应电动势，回路中会产生感应电动势，且且感应电动势正比于磁通感应电动势正比于磁通量对时间变化率的量对时间变化率的负值负值.二二 电磁感应定律电磁感应定律tkdd 国际单位制国际单位制1 k韦伯韦伯 伏特伏特第十章第十章 电磁感应电磁感

8、应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律tidd 大小：大小：tidd 方向：方向：由式中的由式中的负号负号（或（或楞次定律）判断。楞次定律）判断。1. 先选定回路正方向先选定回路正方向由此确定回路所包围面由此确定回路所包围面积的正法线方向积的正法线方向若若 其方向沿回路正方向其方向沿回路正方向0 n步骤：步骤：第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律tdd )()d(dttt 感应电动势的方向感应电动势的方向0dd tNB0 与回路取向相与回路取向相反反0 （ 与回路成与回路成右右螺旋）螺旋）Bn选逆时针为正选逆时针为正第十章第十章 电

9、磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律NB0dd ttdd 0 与回路取向相与回路取向相同同0 （ 与回路成与回路成右右螺旋）螺旋）Bn选顺时针为正选顺时针为正第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律1）闭合回路由）闭合回路由 N 匝密绕线圈组成匝密绕线圈组成 N 磁通磁链磁通磁链2）若闭合回路的电阻为）若闭合回路的电阻为 R ，感应电流为，感应电流为tRRIdd1 时间内，流过回路的电荷时间内，流过回路的电荷12ttt 21dtttIq)(1d12121RR tdd 当线圈有当线圈有 N 匝时匝时tNdd 第十章第十章 电

10、磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律（磁通计的设计原理在此。）（磁通计的设计原理在此。）)(121Rq 表明表明q仅与磁通量的变化量成正比，而与磁仅与磁通量的变化量成正比，而与磁通量的变化快慢无关通量的变化快慢无关 主要用于对各种永磁体感主要用于对各种永磁体感应磁通值的测定，便于掌握应磁通值的测定，便于掌握磁钢或磁瓦的整体磁性能。磁钢或磁瓦的整体磁性能。 第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律的方向与的方向与 的方向一致的方向一致Bn0 当当 N 极移近线圈时：极移近线圈时：0dd t0 感应电动势的方向与绕行方向相反。

11、感应电动势的方向与绕行方向相反。nBii感应电流产生的磁场感应电流产生的磁场阻碍阻碍磁铁的磁铁的运动运动， 反抗反抗原磁通量的原磁通量的变化变化。第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律0 当当 N 极远离线圈时：极远离线圈时：0dd t0 的方向与的方向与 的方向一致的方向一致Bn 感应电动势的方向与绕行方向一致。感应电动势的方向与绕行方向一致。Bni感应电流产生的磁场感应电流产生的磁场阻碍阻碍磁铁的磁铁的运动运动， 反抗反抗原磁通量的原磁通量的变化变化。第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律NSBv三三

12、楞次定律楞次定律Ftdd 法拉第定律中的法拉第定律中的 “负号负号”是楞次定律的数学表是楞次定律的数学表示：示：第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律感应电流的感应电流的效果效果反抗引起感应电流的反抗引起感应电流的原因原因导线运动导线运动感应电流感应电流阻碍阻碍产生产生磁通量变化磁通量变化感应电流感应电流产生产生阻碍阻碍 abvf第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律NBSvNSBv用楞次定律判断感应电流方向II第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律例：如图，在直

13、导线中突然通以电流，例：如图，在直导线中突然通以电流，则线圈如何运动？则线圈如何运动？答案：向远处离去，但不转动。答案：向远处离去，但不转动。第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +B 楞次定律楞次定律 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引起感应电流的磁通量的变化。所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。viI 维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克

14、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服安培力做功转化为焦耳热.机械能机械能焦耳热焦耳热F外外F第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律RNooiBne 例例 在匀强磁场中在匀强磁场中, 置有面积为置有面积为 S 的可绕的可绕 轴转动的轴转动的N 匝线圈匝线圈 . 若线圈以角速度若线圈以角速度 作匀速转动作匀速转动. 求求线圈线圈 中的感应电动势中的感应电动势.四四 电磁感应定律的应用电磁感应定律的应用第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律解解 设设 时时,0t则则t 已知已知 ,

15、, NS求求 tNBSN cos tNBSt sindd 令令 NBS mt sinm 则则R RNooiBnBn与与 同向同向第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律t sinm tItRRi sinsinmm RImm 可见可见,在匀强磁场中匀在匀强磁场中匀速转动的线圈内的感应电速转动的线圈内的感应电电流是时间的正弦函数电流是时间的正弦函数.这这种电流称种电流称交流电交流电.RNooiBne交流发电机的基本原理交流发电机的基本原理第十章第十章 电磁感应电磁感应10 - 1 10 - 1 电磁感应定律电磁感应定律iabcd1l2lhxdx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 已