磁介質(zhì)動生電動勢PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1磁介質(zhì)動生電動勢磁介質(zhì)動生電動勢BBBo介質(zhì)的相對介質(zhì)的相對磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率順磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)類比電介質(zhì)類比電介質(zhì)中的電場中的電場傳導(dǎo)電流產(chǎn)生傳導(dǎo)電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生與介質(zhì)有關(guān)的電流產(chǎn)生0BBr111rrr在介質(zhì)均勻充在介質(zhì)均勻充滿磁場的情況滿磁場的情況下下氧氣、空氣、鋁銅、汞、鉛鐵、鈷、鎳r第1頁/共62頁7-8-2 7-8-2 磁介質(zhì)的磁化機(jī)理磁介質(zhì)的磁化機(jī)理 磁化電流磁化電流pppmmlmsmlp軌道角動量軌道角動量對應(yīng)的磁矩對應(yīng)的磁矩自旋角動自旋角動量對應(yīng)的量對應(yīng)的磁矩磁矩vmlmppTeI/)/2/(e2eISpml22re22re1. 1. 分子電流分

2、子電流 分子磁矩分子磁矩 磁偶極矩磁偶極矩每個分子等效一個圓電流每個分子等效一個圓電流第2頁/共62頁mlpvmlp22reefeEferm20mlpvefB討論加外磁場討論加外磁場（1 1）、）、mlpB/mfevBfmrmevBeE2rmeE20而rmevB)(000)(00rmevB第3頁/共62頁mlpvefBmf0)(00rmevB22repm0220repppmmm2002repm反向與mmppmp反向與Bpm第4頁/共62頁mlpvefB0)(00rmevB22repm0220repppmmm2002repm同向與mmppmp（2 2）、）、mlpB/rmevBeE2rmeE20

3、而mf反向與Bpm稱為分子的抗稱為分子的抗磁效應(yīng)磁效應(yīng)第5頁/共62頁順磁質(zhì)順磁質(zhì)無外場時無外場時00mp 00mp0mmpp加外場時加外場時分子磁矩要受到一個力矩分子磁矩要受到一個力矩M的作用，的作用，使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。使分子磁矩轉(zhuǎn)向外磁場的方向。MpmB=+B0pmBpppmmm/)(0但但顯順磁質(zhì)顯順磁質(zhì)第6頁/共62頁pm0磁疇磁疇鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)抗磁質(zhì)抗磁質(zhì)無外場時無外場時00mp 00mp加外場時加外場時)(0mmmpppBpm/顯抗磁質(zhì)顯抗磁質(zhì)第7頁/共62頁7 78 83 3 磁介質(zhì)的磁化磁介質(zhì)的磁化 磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度 MpVvmiilim0單位體積內(nèi)分子單位體積內(nèi)分子磁

4、矩矢量和磁矩矢量和無外場時無外場時加外場時加外場時考慮順磁質(zhì)考慮順磁質(zhì)B0第8頁/共62頁siB0sjlS圓柱體橫截面積圓柱體橫截面積nSIpsimiSVpMiminlSSIsnlIsnjs磁化面電流密度（單位長度上的電流）磁化面電流密度（單位長度上的電流）sjn下面討論磁化強(qiáng)度的路徑積分下面討論磁化強(qiáng)度的路徑積分第9頁/共62頁abcdM0M磁介質(zhì)外部磁介質(zhì)外部l dMl dMl dMl dMl dMaddccbbal dMba_abM_abjssIsIl dMnjMs第10頁/共62頁7-8-4 7-8-4 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度H HH H的環(huán)路定理的環(huán)路定理傳導(dǎo)Il dHLHBMoHHMrm

5、1BHor 各向同性各向同性)(0sLIIl dB傳導(dǎo)sIl dM傳導(dǎo)Il dMBL)(0)(MHBoH介質(zhì)磁導(dǎo)率磁化率mnjMs相對磁導(dǎo)率r一一. .有介質(zhì)時的環(huán)路定理有介質(zhì)時的環(huán)路定理第11頁/共62頁 例例 在螺繞環(huán)上密繞線圈共在螺繞環(huán)上密繞線圈共400匝，匝，環(huán)的平均周長是環(huán)的平均周長是40cm，當(dāng)導(dǎo)線內(nèi)通有電流，當(dāng)導(dǎo)線內(nèi)通有電流20A時，利用沖擊電流計測得環(huán)內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)時，利用沖擊電流計測得環(huán)內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度是度是1.0T，計算，計算 (1)磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度; (2)磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度; (3)磁化率磁化率; (4)磁化面電流和相對磁導(dǎo)率。磁化面電流和相對磁導(dǎo)率。 第12頁/共62頁解：解：

6、=HNIl(1)400200.4=2.0104(A/m )=BH0M410-7=1.02.0104=7.76105(A/m )=7.761052.010438.8= jslIs=Ml=3.1105(A )7.761050.4=Is=isN3.1105400=775(A )=39.8+=r1m(2)(3)(4)=HMm第13頁/共62頁I1R2R12I例：如圖，半徑為例：如圖，半徑為 ，磁導(dǎo)率為，磁導(dǎo)率為 的無限長圓柱體的無限長圓柱體通有電流通有電流I I，半徑為，半徑為 的無限長柱殼通有反向電流的無限長柱殼通有反向電流I I，在它們之間充滿磁導(dǎo)率為在它們之間充滿磁導(dǎo)率為 的介質(zhì)，求的介質(zhì)，求

7、， 的分布的分布121R2RHBIl dHLH22121rRIr212 RIr1Rr rI202Rr 21RrR HB2112 RIrrI220第14頁/共62頁磁介質(zhì)不充滿磁場的情形，如順磁質(zhì)。磁介質(zhì)內(nèi)磁介質(zhì)不充滿磁場的情形，如順磁質(zhì)。磁介質(zhì)內(nèi)BAB00BBB0BBABABB0/ BB二二. .有介質(zhì)時的磁場高斯定理有介質(zhì)時的磁場高斯定理00SSdB0SSdB0BBBSSSdBBSdB) (00第15頁/共62頁 7-8-5第16頁/共62頁3. 有剩磁，即撤去有剩磁，即撤去H，B=Br 0,有有磁飽和及磁滯現(xiàn)象。磁飽和及磁滯現(xiàn)象。4.1. 磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率不是一個常量，它的值不僅決定于原線圈不

8、是一個常量，它的值不僅決定于原線圈中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。中的電流，還決定于鐵磁質(zhì)樣品磁化的歷史。B 和和H 不是線性關(guān)系。不是線性關(guān)系。2. 有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時可以使磁場增強(qiáng)有很大的磁導(dǎo)率。放入線圈中時可以使磁場增強(qiáng)100-10000倍。倍。鐵磁質(zhì)鐵磁質(zhì)鐵、鈷、鎳、鏑等物質(zhì)鐵、鈷、鎳、鏑等物質(zhì)5.永久磁鐵吸引永久磁鐵吸引B第17頁/共62頁磁磁 滯滯 回回 線：線：csr.crB.BHabcdefgosBcH磁滯現(xiàn)象：磁滯現(xiàn)象：H 滯后于滯后于B 的變化的變化BrsB第18頁/共62頁軟磁材料軟磁材料 特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大，矯頑力小，特點(diǎn)：磁導(dǎo)率大，矯頑力小， 磁滯回線窄

9、。磁滯回線窄。 應(yīng)用：硅鋼片，作變壓器的鐵應(yīng)用：硅鋼片，作變壓器的鐵 芯。鐵氧體（非金屬）芯。鐵氧體（非金屬） 作高頻線圈的磁芯材料。作高頻線圈的磁芯材料。矩磁材料：作計算機(jī)中的記憶元件。矩磁材料：作計算機(jī)中的記憶元件。硬磁材料硬磁材料 特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯特點(diǎn)：剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大，矯 頑力大，磁滯回線寬。頑力大，磁滯回線寬。 應(yīng)用：作永久磁鐵，永磁喇叭應(yīng)用：作永久磁鐵，永磁喇叭第19頁/共62頁測量磁滯回線的實驗裝置測量磁滯回線的實驗裝置0510 1520A測量測量H測量測量B 的探頭的探頭（霍爾元件）（霍爾元件）電阻電阻換換向向開開關(guān)關(guān)電流表電流表螺繞環(huán)螺繞環(huán)鐵環(huán)鐵環(huán)狹縫狹縫第20頁/

10、共62頁05 10 1520ANR=2HI從磁強(qiáng)計中從磁強(qiáng)計中可以測得可以測得B 根據(jù)電流的測根據(jù)電流的測量再由式量再由式可得到可得到H 磁磁 滯滯 回回 線線csr.crB.BHabcdefgosB第21頁/共62頁pm0磁疇磁疇鐵磁質(zhì)磁化機(jī)理鐵磁質(zhì)磁化機(jī)理無外場無外場時時有外場時有外場時 鐵磁質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的磁鐵磁質(zhì)內(nèi)部相鄰原子的磁矩會在一個微小的區(qū)域內(nèi)形成矩會在一個微小的區(qū)域內(nèi)形成方向一致、排列非常整齊的方向一致、排列非常整齊的 “自發(fā)磁化區(qū)自發(fā)磁化區(qū)”，稱為磁疇。，稱為磁疇。 21171010每個磁疇所含分子數(shù)：每個磁疇所含分子數(shù)： 磁疇大?。捍女牬笮。?810m1010第22頁/共6

11、2頁鐵磁質(zhì)在外磁場中的鐵磁質(zhì)在外磁場中的磁化過程主要為疇壁磁化過程主要為疇壁的移動和磁疇內(nèi)磁矩的移動和磁疇內(nèi)磁矩的轉(zhuǎn)向。的轉(zhuǎn)向。 自發(fā)磁化方向自發(fā)磁化方向逐漸轉(zhuǎn)向外磁場方逐漸轉(zhuǎn)向外磁場方向（磁疇轉(zhuǎn)向），向（磁疇轉(zhuǎn)向），直到所有磁疇都沿直到所有磁疇都沿外磁場方向整齊排外磁場方向整齊排列時，鐵磁質(zhì)就達(dá)列時，鐵磁質(zhì)就達(dá)到磁飽和狀態(tài)。到磁飽和狀態(tài)。 T KT K 第23頁/共62頁第第8 8章章 變化的電磁場變化的電磁場第24頁/共62頁電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象vBvNSiGiGBvi)(a)(b)(c)(d8-1 8-1 電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律8-1-18-1-1法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定

12、律第25頁/共62頁 即即 變化變化在閉合回路上產(chǎn)生電流的條件：在閉合回路上產(chǎn)生電流的條件：SB,),(SB或之一變化之一變化只要只要結(jié)論：結(jié)論： 形成形成電流電流本質(zhì)是電動勢本質(zhì)是電動勢 形成的形成的電流稱為電流稱為感應(yīng)電流感應(yīng)電流第26頁/共62頁8-1-2 8-1-2 規(guī)律規(guī)律1. 1. 楞次定律楞次定律- -感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的方向閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)閉合回路中感應(yīng)電流的方向，總是使它所激發(fā)的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。的磁場來阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。楞次定律楞次定律是能量守恒定律在是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象上的電磁感應(yīng)現(xiàn)象上的具體體現(xiàn)。具體

13、體現(xiàn)。vNSiGNS第27頁/共62頁dtdi2. 2. 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律- -感應(yīng)電動勢的大小感應(yīng)電動勢的大小dtdkiSSdB為以閉合回路為為以閉合回路為周界任意面積的通量周界任意面積的通量法拉第電法拉第電磁感應(yīng)定磁感應(yīng)定律律1kdtdiSISI單位下取單位下取dtdi考慮楞次定律則考慮楞次定律則為閉合回路為閉合回路的電動勢的電動勢第28頁/共62頁注意上式應(yīng)用要配以某些約定的注意上式應(yīng)用要配以某些約定的 或考慮楞次定律的或考慮楞次定律的 iddt 約定約定首先任定回路的繞行方向首先任定回路的繞行方向當(dāng)當(dāng)磁力線方向與繞行方向成右螺時規(guī)定磁磁力線方向與繞行方向成右螺時規(guī)定

14、磁通量為正通量為正規(guī)定電動勢方向與繞行方向一致時為正規(guī)定電動勢方向與繞行方向一致時為正第29頁/共62頁根據(jù)這一符號系統(tǒng)可以由楞次定律確定根據(jù)這一符號系統(tǒng)可以由楞次定律確定電動勢電動勢的方向。的方向。dS 右旋符號系統(tǒng)：右旋符號系統(tǒng)： 繞行方向繞行方向L和法線方向和法線方向 n構(gòu)成一個右旋符號系統(tǒng)。構(gòu)成一個右旋符號系統(tǒng)。的方向：和的方向：和L構(gòu)成右旋構(gòu)成右旋dS作為作為dS正方向。正方向。的符號：的符號：和和L方向繞行一致為方向繞行一致為“”。的符號：的符號：Ln090 為為“”。dS夾角小于夾角小于B與與SSdB 符號的確定符號的確定第30頁/共62頁 分四種情況討論：分四種情況討論： 01

15、.，i 0 由定律得由定律得與與故故iL方向相反。方向相反。 02.， 由定律得由定律得dd t 0dd t 0LniLni繞繞行行方方向向繞繞行行方方向向故故與 L方向相同。方向相同。ii0dd t0，0dd t0，03. （同學(xué)自證）（同學(xué)自證）4. （同學(xué)自證）（同學(xué)自證）第31頁/共62頁若有若有N 匝導(dǎo)線匝導(dǎo)線i=dd tN=ddt=N磁通鏈數(shù)磁通鏈數(shù)感應(yīng)電流感應(yīng)電流:d=Ndt()感應(yīng)電量感應(yīng)電量:dtIdqiRIiidtdR1dtIqitt21dtdtdRtt121Rd21R/ )(21R/i=ddt第32頁/共62頁討論討論：快速轉(zhuǎn)動：快速轉(zhuǎn)動：I，t但但。兩種情況兩種情況I

16、t圖面積相等，即圖面積相等，即q相等。相等。慢速轉(zhuǎn)動：慢速轉(zhuǎn)動：t但但。BtIt0t12快快慢慢q只和只和 有關(guān)，和電流變化無關(guān)，有關(guān)，和電流變化無關(guān)，即和磁通量變化快慢無關(guān)。即和磁通量變化快慢無關(guān)。I，dtIqitt21R/dtdRIi1dtdi第33頁/共62頁例：螺線管共例：螺線管共N=50N=50匝，截面積匝，截面積S=0.01mS=0.01m2 2, ,處在均勻磁場處在均勻磁場中。若中。若B B在在0.5s0.5s內(nèi)由內(nèi)由0.25T0.25T線性降為線性降為0 0，求，求感應(yīng)感應(yīng)電動勢電動勢的大小和方向。的大小和方向。NNB dSSNBSdtdidtdBNS5 . 025. 0001

17、. 050025. 0VGB第34頁/共62頁例：直導(dǎo)線通交流電例：直導(dǎo)線通交流電 置于磁導(dǎo)率為置于磁導(dǎo)率為 的的介質(zhì)中介質(zhì)中求：與其共面的求：與其共面的N匝矩形回路中的感應(yīng)電動勢匝矩形回路中的感應(yīng)電動勢解：設(shè)當(dāng)解：設(shè)當(dāng)I I 0 0時，電流方向如圖時，電流方向如圖LINNBdSSladtIIsin0已知已知其中其中 I0 和和 是大于零的常數(shù)是大于零的常數(shù)設(shè)回路設(shè)回路L方向如圖方向如圖xo建坐標(biāo)系如圖建坐標(biāo)系如圖在任意坐標(biāo)處取一面元在任意坐標(biāo)處取一面元sdsd第35頁/共62頁NN B dSSldxxINadd2N Ildad2lnNI ltdad02sinlndadtlNIrlncos20

18、0SBdsNdtdi交變的交變的電動勢電動勢LIladxosd第36頁/共62頁dadtlNIrilncos200t 2t普遍普遍0i ii00),回路的回路的AB邊長為邊長為 l,以速度以速度v 向右運(yùn)動，向右運(yùn)動，設(shè)設(shè)t = 0時，時，AB邊在邊在x =0處，求：任意時刻回處，求：任意時刻回路中感應(yīng)電動勢的大小和方向。路中感應(yīng)電動勢的大小和方向。ABxnveB第40頁/共62頁解：解：Btk=已知：已知：3=ABl=.cos=t lk.tvd=dt2=costlkv=tlkvABxnveB第41頁/共62頁vBxy0MN第42頁/共62頁duudS= utg du=dB dS.= uktc

19、osutgdu.du=ktgu2tcos13=ktgx3tcosdt=dtsinx3=13ktg()3x2dxdttcos3=1ktgv3t3tsinktgv3t2tcos動生動生感生感生=B dS.=x0duktgu2tcosBxy0第43頁/共62頁=13ktgv3t3tsinktgv3t2tcos動生動生感生感生=動動Bl vktgv3t2tcos=e=感感te=13ktgv3t3tsin第44頁/共62頁 把感應(yīng)電動勢分為兩種基本形式把感應(yīng)電動勢分為兩種基本形式 動生電動勢動生電動勢 感生電動勢感生電動勢 下面下面 從場的角度研究電磁感應(yīng)從場的角度研究電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)對應(yīng)的場是電場電磁

20、感應(yīng)對應(yīng)的場是電場 它可它可使靜止電荷運(yùn)動使靜止電荷運(yùn)動 研究的問題是：研究的問題是： 動生電動勢的非靜電場？動生電動勢的非靜電場？ 感生電動勢的非靜電場？性質(zhì)？感生電動勢的非靜電場？性質(zhì)？第45頁/共62頁8-2 8-2 動生電動勢動生電動勢1.1.中學(xué)：單位時間內(nèi)切割磁力線的條數(shù)中學(xué)：單位時間內(nèi)切割磁力線的條數(shù)vlabiBlv由楞次定律定方向由楞次定律定方向abiB均勻磁均勻磁場場導(dǎo)線導(dǎo)線 ab在磁場中運(yùn)動在磁場中運(yùn)動電動勢怎么計算？電動勢怎么計算？8-2-1 8-2-1 典型裝置典型裝置第46頁/共62頁2. 2. 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律建坐標(biāo)如圖建坐標(biāo)如圖 Blx tid

21、dtBldxdt BlvabivlabB均勻磁場均勻磁場0 x設(shè)回路設(shè)回路L方向如圖方向如圖L負(fù)號說明電動勢方負(fù)號說明電動勢方向與所設(shè)方向相反向與所設(shè)方向相反x第47頁/共62頁8-2-2 8-2-2 動生電動勢產(chǎn)生的原因動生電動勢產(chǎn)生的原因非靜電力洛侖茲力非靜電力洛侖茲力BvefmBveBveEKvBibavBdlvBlvBdlbaiiab00ldEi非kEE非dlabv+B+fmef第48頁/共62頁討論討論02,idl dBv ibavBdlldBvdi0idl dBv 0/idBv不切割磁力線abv+B+dlvBiab為正向路徑方向說明沿il d第49頁/共62頁iddt 8-2-3

22、8-2-3 動生電動勢的計算動生電動勢的計算方法一、方法一、iiddvBdli ldBvab方法二、方法二、注意：動生電動勢大小計算的同時要判斷注意：動生電動勢大小計算的同時要判斷電動勢的符號（極性）！電動勢的符號（極性）！計算所得為回路電動勢，計算所得為回路電動勢，電動勢符號如何判斷？電動勢符號如何判斷？電動勢符號判斷與電動勢符號判斷與方法一有何區(qū)別？方法一有何區(qū)別？第50頁/共62頁求：動生電動勢。求：動生電動勢。例例 有一半圓形金屬導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中有一半圓形金屬導(dǎo)線在勻強(qiáng)磁場中作切割磁力線運(yùn)動。已知：作切割磁力線運(yùn)動。已知： v, B, R.l dBvdacb方法一：方法一：dtddtd

23、acbdaabdc作作acbdacbd回路，回回路，回路繞行方向如圖路繞行方向如圖00bdaacb0adbacbdlvBdlvBbaacbvBR2vBv+Rl dBvRacbadb2, ba電動勢極性電動勢極性第51頁/共62頁vBd+vdlB+RdvBdli方法二：方法二：cosdlvBRdvB cosRdvBabcos22/0vBR2, ba電動勢極性電動勢極性ab第52頁/共62頁解一：解一：例例 一金屬桿在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動，已知：一金屬桿在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動，已知： B， ，L，求：動生電動勢。求：動生電動勢。O+vB+abBS221LBdtdoabodtdBL221221BLboaboao

24、abooa221BL, ao0第53頁/共62頁dllvBOL+vB+解二：解二：l dBvdoadlvBdllBdllBLoa0221BL0, ao第54頁/共62頁=vI02lnaba+()avvBbI例例 一直導(dǎo)線一直導(dǎo)線CD在一無限長直電流磁場中作切割在一無限長直電流磁場中作切割磁力線運(yùn)動。求：動生電動勢。磁力線運(yùn)動。求：動生電動勢。sin900cos1800dllI02v=dldl=vlI02lld=abvI02a+ldldl電動勢方向？電動勢方向？l dBvdi)(解二：略解二：略解一：解一：第55頁/共62頁vBcosvBdl Bldlsin2iiLdBldlsin2022sin

25、2LB0解：建坐標(biāo)如圖解：建坐標(biāo)如圖dl在坐標(biāo)在坐標(biāo) 處取處取l該段導(dǎo)線運(yùn)動速度垂直紙面向內(nèi)該段導(dǎo)線運(yùn)動速度垂直紙面向內(nèi)運(yùn)動半徑為運(yùn)動半徑為r 2l dBvdi)(00方向從方向從 a babzBllldrcosrBdl例例 在空間均勻的磁場中在空間均勻的磁場中 BBzabL設(shè)設(shè)導(dǎo)線導(dǎo)線ab繞繞Z軸以軸以 勻速旋轉(zhuǎn)勻速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線導(dǎo)線ab與與Z軸夾角為軸夾角為 求：導(dǎo)線求：導(dǎo)線ab中的電動勢中的電動勢cossinBdll第56頁/共62頁vB)2/cos(vBdldRB22sindRBi28/02sin8)2(2RB解一：建坐標(biāo)如圖解一：建坐標(biāo)如圖d l在坐標(biāo)在坐標(biāo) 處取處取該段導(dǎo)線運(yùn)動速度垂直紙面向內(nèi)該段導(dǎo)線運(yùn)動速度