电磁学电磁感应

1、电磁学电磁感应第1页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五 1820 奥斯特 电流磁效应对称性磁的电效应？法拉第电磁感应定律 丹麦物理学家奥斯特(17771851)第2页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五1 法拉第电磁感应定律一、电磁感应的基本现象B变NSKB变第3页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五BS变B变 wn0第4页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五规律：线圈中的B、面积S、两者的夹角变化都会使线圈中产生电流电磁感应现象：当通过一个闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，不管这种变化是由于什么原因产生的，回路中就会

2、有电流出现。感应电动势：由于回路的磁通量发生变化而引起的电动势。第5页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五将磁铁插入非金属环中，环内有无感应电动势？有无感应电流?有感应电动势存在，因R=而无感应电流。SV变感应电流I感应电动势e本质第6页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五二、 楞次定律“闭合导体回路中感应电流的方向，总是使它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化” 当磁通量增加时，感应电流的场与原磁场相反 当磁通量减少时，感应电流的场与原磁场相同 电动势方向的判定：磁通量的变化感应电流的 磁场方向感应电流 的方向电动势的方向第7页，共53页，2022

3、年，5月20日，6点44分，星期五I1vISV 楞次定律的另一种表述：“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”“原因”即磁通变化的原因，“效果”即感应电流的场第8页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五三、法拉第电磁感应定律感应电动势：1.大小：2.方向： 两种方法可以判断方法1：由楞次定律判断感应电流I方向，再由I方向判断感应电动势的方向第9页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五方法2：2）当磁力线方向与绕行方向成右螺时磁通量为正；反之为负。3）由法拉第电磁感应定律求e1）首先任意规定回路的绕行方向4）若e0，说明电动势方向与绕行方向一致；反之，相反。第

4、10页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五如均匀磁场. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 均匀磁场若绕行方向取如图所示的回路方向磁力线方向与绕行方向成右螺，则磁通量为正，0按约定，磁通量取负由正号说明电动势的方向与所设绕行方向一致两种规定绕行方向得到的结果相同S第12页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五 对于由N 匝组成的线圈（串联回路）则有全磁通每匝中穿过的磁通分别为：第13页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五L解：2）任时刻通过线圈平面的磁通量为1）如图规定L的正方向例1.一面积为S的单

5、匝平面线圈以恒定角速度w在磁感应强度为B的均匀磁场中转动。转轴与线圈共面，且与B垂直。设t=0时，线圈法向与B同方向，求线圈中的感应电动势。3）结果推广到N匝线圈第14页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五均匀磁场中，转动的线圈产生的感应电动势随时间周期性变化回路中的感应电流：在线圈连续转动的过程中，线圈中将持续产生交变电流和交变电动势，使机械能不断的转化为电能，这就是交流发电机的工作原理。第15页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五例2：长直导线通交流电， 置于真空中求：与其共面的N匝矩形回路中的感应电动势解:设当I 0时，电流方向如图已知其中I0 和 是

6、大于零的常数1)设回路L方向如图IoxabhxdxL如图取面元dS2)建坐标系如图第16页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五IoxabhxdxL3)交变的电动势第17页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五bae按磁通量变化原因把感应电动势分为两种基本形式导体在磁场中运动时产生的感应电动势叫动生电动势 动生电动势 感生电动势由于磁场变化而引起的感应电动势电源：提供非静电力的装置非静电力 ：把正电荷从负极搬运到正极I第18页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五称为非静电性场强定义：电源电动势1）电动势方向由“-”经电源“+”2）e与两极电压关

7、系第19页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五一、动生电动势的起因和计算公式导体在磁场中运动时产生的感应电动势叫动生电动势 2 动生电动势voxx(t)LabI方向：ab楞次定律右手定则第20页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五V-ab-+1)非静电力相当于把正电荷从a移到b2)非静电性场强3)电动势直导体棒在均匀磁场中运动的特例第21页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五非均匀磁场而且导体各段运动速度不同的情况一般公式考虑以速度v 运动的导体元dl第22页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五说明eab表明积分方向由a

8、b,即dl方向沿ab方向eab0则e方向a beab0UbUab端电势高,积累正电荷eab0Ub0，求圆柱内外的感生电场。 则感生电场具有柱对称分布当 具有某种对称性才有可能计算出来第39页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五RrL1回路L1 rRL2r第40页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五可见变化的磁场在其周围空间任一点都产生感生电场第41页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五rRB(t)EiB(t)oa求半径oa线上的感生电动势可利用这一特点较方便地求其它线段内的感生电动势：补上半径方向的线段构成回路，利用法拉第电磁感应定律.第4

9、2页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五abB(t)o线段ab内的感生电动势补上两个半径oa和bo与ab构成回路obaoa b第43页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五电子感应加速器讨论涡流1) 感生电场，源于法拉第电磁感应定律又高于 法拉第电磁感应定律。其存在已被包括电磁 波在内的许多实验事实所证实。2)感生电场的应用第44页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五电子感应加速器是应用感生电场加速电子的装置 核物理的研究、工业探伤、医疗癌症。 第45页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五 将导体放入变化的磁场中时，由于在变

10、化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使电荷运动，形成涡电流。I涡1.涡电流涡电流(1)工频感应炉的应用 在冶金工业中，某些熔化活泼的稀有金属在高温下容易氧化，将其放在真空环境中的坩埚中，坩埚外绕着通有交流电的线圈，对金属加热，防止氧化。抽真空2.涡电流的应用第46页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五(2)用涡电流加热金属电极 在制造电子管、显像管或激光管时，在做好后要抽气封口，但管子里金属电极上吸附的气体不易很快放出，必须加热到高温才能放出而被抽走,利用涡电流加热的方法，一边加热，一边抽气，然后封口。抽真空接高频发生器显像管(3)电磁炉 在市

11、面上出售的一种加热炊具-电磁炉。这种电磁炉加热时炉体本身并不发热，在炉内有一线圈，当接通交流电时，在炉体周围产生交变的磁场，当金属容器放在炉上时，在容器上产生涡电流，使容器发热，达到加热食物的目的。第47页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五危害：铁心发热危及线圈绝缘、减少寿命，能量损耗解决办法多层硅钢片，梳状结构，打孔等。第48页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五试问（1)L1和L2上各点 是否为零？ 感生电场场强Ei是否为零？ （2）L1和L2内有无感应电流？均匀磁场被封闭在半径R的无限长圆柱内，磁场随时间变化，有闭合导体线框L1和L2置于图示位置。习

12、题指导P142 问题讨论3第49页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五1.半径为L的均匀导体圆盘绕通过中心o的垂直轴转动，角速度为w，盘面与均匀磁场B垂直，如图。1）在图上标出oa线段中动生电动势方向；2）设coa段长为d，求Ua-Uo= Ua-Uc= Uc-Uo= Ua-Ub=Lc0awb0第50页，共53页，2022年，5月20日，6点44分，星期五2.如图所示，直角三角形金属架 abc 放在均匀磁场中，磁场 B 平行于ab 边，bc 的长度为l当金属框架绕 ab 边以匀角速度w 转动时，abc 回路中的感应电动势 e 和a、c 两点间的电势差 Ua- Uc 为： 第51页，共53页