变化的磁场和变化的电场课件

电磁感应

§11.1电磁感应的基本规律通过一个闭合回路的磁通量发生变化时，回路中就有感应电流产生——该现象称为电磁感应现象。产生的电流称为感应电流，相应的电动势为感应电动势。N一、电磁感应现象二、电动势1.电源、非静电电力+–如图，在导体中有稳恒电流流动就不能单靠静电场，必须有非静电力把正电荷从负极板搬到正极板才能在导体两端维持有稳恒的电势差，在导体中有稳恒的电场及稳恒的电流。*提供非静电力的装置就是电源，如化学电池、硅（硒）太阳能电池，发电机等。实际上电源是把能量转换为电能的装置。水池泵静电力欲使正电荷从高电位到低电位。非静电力欲使正电荷从低电位到高电位。2.电动势*定义描述电源非静电力作功能力大小的量，就是电源电动势。电源内部电流从负极板到正极板叫内电路。电源外部电流从正极板到负极板叫外电路。+–把单位正电荷从负极板经内电路搬至正极板，电源非静电力做的功。*为了便于计算规定

的方向由负极板经内电路指向正极板，即正电荷运动的方向。+–单位：焦耳/库仑=（伏特）*

越大表示电源将其它形式能量转换为电能的本领越大。其大小与电源结构有关，与外电路无关。从场的观点：非静电力对应非静电场三、

法拉第电磁感应定律单位:1V=1Wb/s

与L

反向

与L

同向叙述:导体回路中的感应电动势的大小与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比.国际单位制中

k=1负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化电动势方向:磁通链数:若有N匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为

1、

2、3

若每匝磁通量相同N匝相同的线圈组成回路，则感应电动势B全磁通四.楞次定律回路中感应电流的方向，总是使感应电流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。N

>0

i<0判断各图中感应电动势的方向将磁铁插入非金属环中，环内有无感生电动势？有无感应电流？环内将发生何种现象有感生电动势存在，有电场存在将引起介质极化，而无感生电流。

动生电动势——磁场中的导线运动、形状变化而产生的电动势感生电动势——磁场变化使导线中产生电动势

i

NS磁通量

§11.2动生电动势和感生电动势设右边的直导线以v的速度X轴滑动，回路磁通量增加，产生感应电动势。nXBL

x

I==感应电动势的大小是多少？一、动生电动势

怎么解释动生电动势呢？动生电动势的本质是洛伦兹力洛伦兹力可以看作电子受的非静电力，非静电场强BF=-e

v×B-

电动势的方向是

根据电动势的定义Ek=v×B例题

长度为L的金属棒绕一端在垂直于均匀磁场的平面内以角速度

旋转。求：棒中的感应电动势解法1:设想一个回路，金属棒的旋转使回路面积变化因而磁通量变化Bd=dtoL

v

O

LX

B解法

2

棒上离端点x处v

=

x，

的方向，指向端点dx例题二：法拉第电机，设铜盘的半径为R，角速度为

。求盘上沿半径方向产生的电动势。可视为无数铜棒一端在圆心，另一端在圆周上，即为并联，因此其电动势类似于一根铜棒绕其一端旋转产生的电动势。

称L为自感系数,简称自感或电感。当线圈中电流变化时，它所激发的磁场通过线圈自身的磁通量也在变化，使线圈自身产生感应电动势，叫自感现象.该电动势叫自感电动势.

实验现象：单位：亨利H物理意义：一个线圈中通有单位电流时，通过线圈自身的磁通链数，等于该线圈的自感系数。全磁通与回路的电流成正比：§11.3自感与互感

L—自感系数。与线圈大小、形状、周围介质的磁导率有关；与线圈是否通电流无关。单位：HmHB（t）Ii（t）自感电流I（t)B(t)(t)

i=LI一、自感系数定义：静态1、自感电流反抗线圈中电流变化2、L越大回路中电流越难改变B（t）Ii（t）自感电流=LI自感电动势

互感电动势:当线圈1中的电流变化时,所激发的磁场会在它邻近的另一个线圈2中产生感应电动势;这种现象称为互感现象。该电动势叫互感电动势。线圈1所激发的磁场通过线圈2的磁通链数互感电动势与线圈电流变化快慢有关；与两个线圈结构以及它们之间的相对位置和磁介质的分布有关。互感电动势2二、互感应线圈2所激发的磁场通过线圈1的磁通链数和互感电动势为后面将从能量观点证明两个给定的线圈有：就叫做这两个线圈的互感系数，简称为互感。它的单位：亨利（H）1M—互感系数。

与两个回路的大小、形状、相对位置及周围介质的磁导率有关，与回路中是否通有电流无关。单位：HmHM大，表明两者联系越大，耦合程度越大互感有利也有害KR12

L由21电路接通电流建立过程

磁场储存能量稳态时：电源作功=焦耳热I增加：电源作功=反抗

L作功+焦耳热由12电路断开I减小：电源作功+

L作功=焦耳热有能量储存有能量放出电源作功<焦耳热电源作功>焦耳热结论：电源提供的一部分能量储存在线圈的磁场内§11.4磁能K接通时，讨论t-t+dt时间乘Idt

电源作功焦耳热磁能K12

LoIt0Wm

tt+dtWm

~

B、H

的关系？磁场的能量密度

均匀磁场以长直螺线管为例L

S1RI（t）S2对稳恒磁场非稳恒时?0

S1I

S2任意时刻空间每一点的磁场都是确定的，对于确定的回路积分只有唯一确定的值。定理需要修正！方程的右边还有一个物理量！§11.5麦克斯韦电磁场理论简介一、安培环路定理失效

产生磁场的原因1、电流2、变化的磁场产生电场的原因1、电荷二、位移电流、全电流定律2、变化的电场?Maxwell理论肯定了这一点！S1R

I（t）S2LId二、位移电流、全电流定律R

I（t）1、大小与电位移对时间的变化率相关。2、在产生磁场的作用方面与传导电流等价。二、位移电流、全电流定律IID=

D

=DS=SIJ以平行板电容器为例

位移电流的特点1、只要电场随时间变化，就有相应的位移电流

位移电流的本质是变化的电场2、位移电流与传导电流是完全不同的概念，仅在产生磁场方面二者等价

I有电荷流动，通过导体会产生焦耳热

Id无电荷流动。高频时介质也发热，那是分子反复极化造成

安培定理修正

I全Maxwell方程之一三、

Maxwell方程