电磁感应电磁场 (3)课件

1、关于电磁感应电磁场 (3)第一张，PPT共六十页，创作于2022年6月2010203040G（1） 磁铁与线圈相对运动一、电磁感应现象8-1 电磁感应 1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，他的发现来源于一系列的实验: （2）金属棒切割磁力线010203040GSN第二张，PPT共六十页，创作于2022年6月 当空间存在磁场和导体回路时，由于磁场的变化或回路(或部分回路)的运动，会在导体回路中产生瞬间电流，这种现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流，而电流的产生必然存在电动势，把产生感应电流的电动势称为感应电动势。3电磁感应现象：线圈内磁场变化，回路不变；磁场不变，回路变化。

2、8-1 电磁感应电磁感应现象实质线圈回路的磁通量变化。实验表明 第三张，PPT共六十页，创作于2022年6月4 一个圆形线圈在均匀磁场中运动，判断在下列几种情况下是否会产生感应电流:线圈沿磁场方向平移；线圈沿垂直磁场方向平移；线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向平行；线圈以自身的直径为轴转动，轴与磁场方向垂直；(否) 8-1 电磁感应思考题1(否) (否) (是) 第四张，PPT共六十页，创作于2022年6月58-1 电磁感应二、楞次定律表述1在闭合导体回路中，感应电流激发的磁场所产生的磁通量，总是阻碍原磁场磁通量的变化。 第五张，PPT共六十页，创作于2022年6月68-1 电磁感应表述2

3、当导体回路（或部分回路）在磁场中做切割磁感线的运动时，感应电流所受的原磁场施加的安培力，总是阻碍导体的运动。 第六张，PPT共六十页，创作于2022年6月78-1 电磁感应三、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小等于回路中磁通量随时间的变化率，感应电动势的方向与磁通量的变化方向相反，即： “”代表的方向，它反映了感应电动势的阻碍作用。 利用该定律可求出电动势的大小和方向的判定。电动势方向也可采用楞次定律来判断。电磁感应定律第七张，PPT共六十页，创作于2022年6月88-1 电磁感应对于一个 N 匝线圈组成的回路 ： 当每匝线圈的磁通量都相等时，定义：线圈的磁通链数为则有：第八张，PPT共六十

4、页，创作于2022年6月98-1 电磁感应设回路的电阻为 R ，回路中的感应电流为：在 时间内，通过回路的总电荷为：可见：感应电流的大小和方向与磁通量的变化率相关，而感应电荷却与磁通量的变化量相关。第九张，PPT共六十页，创作于2022年6月108-1 电磁感应 利用磁通量的变化制作出的磁通计，广泛用于地质勘探和地震监测中，探测地球磁场的变化。 第十张，PPT共六十页，创作于2022年6月8-1 电磁感应 电动势的形成需要非静电力，那么电磁感应现象中的非静电力是什么呢？四、感应电动势的成因电动势的定义： 电源电动势 电源电动势的大小，等于将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时，非静电力所作的功

5、。电动势为：11第十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月8-1 电磁感应12 当导体切割磁力线时，洛仑兹力充当了移动电荷的非静电力，导体两端形成稳定的电势差的条件为：动生电动势第十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月138-1 电磁感应例题1 动生电动势 长为 的导体棒 OA 在匀强磁场中沿顺时针方向转动。角速为 。试求导体棒中产生的感应电动势。 棒的转动切割了磁感线，在棒中将产生感应电动势，这种磁场不变、由导体运动产生的感应电动势，称为动生电动势。解: OA 棒上各部分运动速度不等，则任取一线元 ，其上产生的感应电动势为：第十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月148-1

6、电磁感应OA 棒上的动生电动势为：由于 三者相互垂直，则 的方向由 O 指向 A第十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月158-1 电磁感应例题2 感生电动势 无限长直载流导线中通有随时间变化的电流为 为（常数），矩形导体线框置于图示位置固定不动。试求导体线框中产生的感应电动势。解： 分析磁场分布特点，分割线圈面积。对任意面元 ，其磁通量为： 第十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月168-1 电磁感应 矩形线框的磁通量为： 线框中产生的感应电动势为： 通常把这种导体回路不变、由磁场变化产生的感应电动势，称为感生电动势。第十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月178-1 电磁

7、感应五、发电机法拉第发电机 电磁感应定律最伟大应用之一发电机 电磁铁式发电机第十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月风力发电机 水轮发电机 8-1 电磁感应工作原理: 利用导体线圈在磁场中转动，在线圈中将产生感应电流或感应电动势，由此把机械能转换为电能。 18第十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月198-1 电磁感应转动线圈滑环SN电刷交流发电机 当线圈在动力机的作用下匀速转动时，线圈中就会产生感应电动势，通过电刷将电动势引出。由于线圈的转动方向不变，线圈中感应电动势的大小和方向都会不断变化，从而向外回路输出交流电。 第十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月208-1 电磁

8、感应线圈中的感应电动势为： 输出电流为： 任意时刻穿过N 匝、面积为 S 的线圈的磁通链数为： 令 ，则 第二十张，PPT共六十页，创作于2022年6月输出信号 发电机输出的最大电压发电机输出的最大电流 218-1 电磁感应第二十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月228-1 电磁感应五、自感和互感 1、自感现象 由自身电流变化而引起的电磁感应现象。其中产生的感生电动势称之为自感电动势。载流线圈的磁通量为：自感取决于线圈的形状、大小以及周围的磁介质 称自感系数 ，单位为亨（H）第二十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月238-1 电磁感应线圈中的自感电动势为： “”表示自感电动势总

9、是阻碍线圈中电流的变化 在人们拔插头的瞬间，经常看到插头与插座之间会产生火花，请分析火花产生的原因。思考题2第二十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月24自感的利用： 稳流 、 LC 谐振电路、感应圈、扼流圈等 . 扼流圈8-1 电磁感应第二十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月258-1 电磁感应2、互感现象 I1线圈1线圈2I2 当线圈1中的电流变化时，电流在其周围激发的磁场随之改变，从而导致磁场在线圈2中的磁通量发生变化，在线圈2中产生感生电动势的现象。其中产生的电动势称为互感电动势。 线圈中的磁通量： 第二十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月268-1 电磁感应为互

10、感系数，单位也为亨利（H） 对于两个线圈组成的互感系统： 互感电动势为： “”表示一个线圈中的互感电动势总是阻碍另一个线圈中的电流变化。 取决于两个线圈的形状、大小、相对位置和周围磁介质 。第二十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月278-1 电磁感应3、变压器 初级线圈次级线圈 互感现象重要的应用之一变压器，是用来改变交流电压的一种设备 。 若忽略线圈内阻，则变压器的初级、次级线圈两端电压之比跟它们的匝数成正比，即：称为变压比 第二十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月288-1 电磁感应变压器为降压变压器。 变压器为升压变压器。 第二十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月

11、294、磁场的能量LK 当它通有电流时，电流不能突变，线圈中将产生自感电动势，对电流的增长起阻碍作用。在建立磁场的过程中，电源必须克服自感电动势作功，电源所做的这部分功，就以磁能的形式储存在线圈内。8-1 电磁感应时间内电源克服自感电动势做的功为：第二十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月308-1 电磁感应 当电流由 0 增大到稳定值时 ，电源克服自感电动势做的总功为: 充磁完成后储存在电感线圈中的磁场能量为: 自感磁能 第三十张，PPT共六十页，创作于2022年6月318-1 电磁感应电感线圈可视为长直螺线管： 线圈自感：定义：单位体积内的磁场能量为磁场的能量密度 ，即第三十一张，P

12、PT共六十页，创作于2022年6月328-2 感生电场 电磁炉作为一种安全、节能、环保的炊具而受到人们的青睐，电磁炉的热效率高达90%。电磁炉利用的是什么来加热食物的呢？ 第三十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月338-2 感生电场一、感生电场感生电动势的成因是什么？变化的磁场将激发一种非电场感生电场第三十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月348-2 感生电场，导体两端产生恒定的电势差为： 感生电动势应为： 空间有一变化的磁场，激发出感生电场 ，它提供了非静电力，电子在感生电场提供的非静电力的作用下定向运动，在导体内部建立起一个电场。感生电场与变化磁场的关系第三十四张，PPT共

13、六十页，创作于2022年6月358-2 感生电场（1）只要有变化的磁场就会激发感生电场， 的方向满足右手螺旋关系。 （2）感生电场沿任意闭合回路的环流不为零，感生电场的电场线为一系列的闭合曲线，感生电场也称为涡旋电场。 注意第三十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月36静电场 E0感生电场 Ek起源由静止电荷激发由变化的磁场激发电力线电力线为非闭合曲线电力线为闭合曲线Ek感生电场和静电场的对比8-2 感生电场第三十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月37静电场E0感生电场Ek电场的性质保守场非保守场有源场无源场对电荷有力的作用对电荷有力的作用8-2 感生电场第三十七张，PPT共六十

14、页，创作于2022年6月388-2 感生电场 在变化的磁场空间放置一块导体，导体内部的电子将在感生电场力的作用下做定向运动，在导体内部形成漩涡状的感应电流，称为涡电流。 涡电流的存在，将在导体内部产生焦耳热，这称为涡流的热效应。二、涡电流 I感涡流 涡流生热的特点：热量集中在导体内部，损耗小，对外界的影响小，因此在工业界和工程技术领域有着独特的应用。 第三十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月398-2 感生电场1、电磁炉这个场景可能吗？第三十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月408-2 感生电场2、感应炉 感应炉是利用涡流的热效应来冶炼金属的冶金炉。优点：可以真空、可以冶炼难熔

15、金属，热量集中且几乎无损耗 ，冶炼出的金属杂质少，污染少。 坩埚感应线圈金属第四十张，PPT共六十页，创作于2022年6月418-3 位移电流 变化的磁场可以产生感生电场，变化的电场能够产生磁场吗？ 麦克斯韦大胆地假设：变化的电场可以激发一种电流位移电流 位移电流感应磁场传导电流第四十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月428-3 位移电流一、电流的连续性 在一个导体回路中，任意时刻通过导体回路任意横截面的电流处处连续、且相等，这称为电流的连续性原理。 电流的连续性存在矛盾：在里两个极板间电流不连续，但在外回路中连续。第四十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月 以闭合回路L为边界做

16、两个曲面，由安培环路定理得：磁场强度沿一回路的环流为什么出现了两个不同的值？ 438-3 位移电流-+LS2LS1L第四十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月448-3 位移电流二、位移电流的引入 电容器的放电过程中 dt 时间内，极板上减少了 dq 的电量，导线中的电流为：定义：导线中的电流密度为 则有 传导电流 外回路中：BA第四十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月458-3 位移电流应该代表一个电流密度 当电位移矢量随时间变化时，就能激发一个以 为电流密度的电流，即：位移电流两极板间：由有介质时的高斯定理可得： 第四十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月468-3 位

17、移电流 （1）变化的电场产生位移电流，位移电流在空间激发出磁场，体现了变化的电场能产生磁场 。 （2）电流的连续性问题 （3）在真空中可以有变化的电场，位移电流可以在介质或真空中传递 。注意-+ICICICICICId第四十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月478-3 位移电流三、全电流安培环路定理全电流 引入位移电流后，整个回路的电流可表示为：在非稳恒电流情况下，安培环路定理可修正为：全电流安培环路定理 第四十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月 磁场强度H沿任何闭合回路的环流，等于通过以此闭合回路为边界的曲面的全电流。这就是全电流安培定理。传导电流对磁场的贡献位移电流对磁场的

18、贡献8-3 位移电流48第四十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月498-4 电磁场 1864年，集物理学家和数学家于一身的麦克斯韦，提出了“感生电场”和“位移电流”，高度地概括了“电能生磁”、“磁能生电”的观点，从根本上表明电与磁是一个密不可分的整体，独立的电场与独立的磁场是不存在的，电与磁在一起构成了一个全新的场电磁场 。第四十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月50 磁场高斯定理：磁场安培环路定理： 静电场环流定理： 静电场高斯定理：一、麦克斯韦方程组8-4 电磁场概括了静电场和静磁场的四个基本定理：第五十张，PPT共六十页，创作于2022年6月51麦克斯韦方程组8-4 电磁

19、场非稳恒的电磁场中：用感生电场修正 用位移电流修正 麦克斯韦方程组就是定量描述电磁场的基本方程 第五十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月整个宏观电磁理论的发展过程，就是从1785年库仑研究两个静止点电荷之间的相互作用开始，到1865年麦克斯韦总结出麦克斯韦方程组结束。8-4 电磁场（2）揭示了变化的磁场能够激发电场、变化的电场也能激发磁场的宏观规律，展示了自然界美妙的对称性。麦克斯韦方程组的重大意义：（1）是一切宏观电磁现象都遵循的客观规律，是电磁场的基本方程组，将电与磁统一成电磁场。（3）麦克斯韦电磁理论最辉煌的成就，就是预言了电磁波的存在，他指出变化的电场和磁场又能互相制约，并以波的形式在空间传播。52第五十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月538-4 电磁场二、电磁场 空间的电场与磁场可以相互激发、相互影响，它们在空间交替变化，组成了一个电场和磁场的统一体，麦克斯韦称之为电磁场 。 电磁场在空间传播，形成电磁波，后来赫兹证实了电磁波的存在 。 第五十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月 麦