第九章電磁感應(yīng)電磁場理論課件

§9-1電磁感應(yīng)定律

一、實驗實驗一：NS實驗二：§9-1電磁感應(yīng)定律一、實驗實驗一：NS實驗二：1

上兩實驗都有相對運動.是不是無相對運動就不會有電流?電流變化也能引起磁通變化上兩實驗都有相對運動.是不是無相對運動就不會有2二、法拉第電磁感應(yīng)定律國際單位制中K=1結(jié)論：不論由于什么原因，當(dāng)一個閉合電路的磁通發(fā)生變化時，電路中都出現(xiàn)感應(yīng)電流。磁通發(fā)生變化產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢二、法拉第電磁感應(yīng)定律國際單位制中K=1結(jié)論：不論由于什3三、楞次定律在閉合回路中，感應(yīng)電流的磁通總是力圖阻礙引起感應(yīng)電流的磁通變化。阻礙即指：當(dāng)原磁通增加，感應(yīng)電流的磁通將與原磁通方向相反。

當(dāng)原磁通減少，感應(yīng)電流的磁通將與原磁通方向一致。楞次定律實際是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的反映。以第一實驗為例SNSNNS三、楞次定律在閉合回路中，感應(yīng)電流的磁通總是力圖4四、考慮愣次定律后法拉第定律的表達式證明所決定的感應(yīng)電動勢方向與楞次定律所確定的方向一致。四、考慮愣次定律后法拉第定律的表達式證明5磁通減少磁通増加可見：······磁通減少磁通増加可見：······6回路是由串聯(lián)的N匝線圈構(gòu)成，則法拉第定律變成

沖擊電流計測量磁通變化量(磁通計)的原理：t1—t2穿過回路截面的電量：q與

的變化快慢無關(guān)，測q

1-

2.回路是由串聯(lián)的N匝線圈構(gòu)成，則法拉第定律變成沖擊電流計測量7§9-2動生電動勢一.動生電動勢產(chǎn)生的原因方向:b

a任意時刻感生電動勢(2)回路不變，磁場變，產(chǎn)生動生電動勢(1)磁場不變，回路變，產(chǎn)生負號意思？§9-2動生電動勢一.動生電動勢產(chǎn)生的原因方向:ba8產(chǎn)生動生電動勢的原因,是洛侖茲力建立的靜電場使電子受到電場力當(dāng)時，就達到了平衡狀態(tài)。a端電勢高，b端電勢低。ab相當(dāng)一個電源。洛侖茲力正是電源中的非靜電力，產(chǎn)生動生電動勢的原因,是洛侖茲力建立的靜電場使電子受到電場力9此非靜電場的強度為二.動生電動勢的計算方法▲方法一

由電動勢的定義有式中的是處的。在上例中又與方向相反，所以有（方向:b

a）此非靜電場的強度為二.動生電動勢的計算方法▲方法一由電動10▲方法二

由法拉第電磁感應(yīng)定律（考慮

時，有時須設(shè)計一個閉合回路）P402例9-2長為L的導(dǎo)線繞o點以角速度

在均勻磁場中轉(zhuǎn)動，與轉(zhuǎn)動平面垂直。求動生電動勢。o▲方法二由法拉第電磁感應(yīng)定律（考慮時，有時須設(shè)計11【解】方法一．由電動勢的定義：電動勢的方向由o

a．a(chǎn)端帶正電荷、電勢高．【解】方法一．由電動勢的定義：電動勢的方向由oa．a(chǎn)端帶正12方法二．由法拉第電磁感應(yīng)定律：負號表示動生電動勢方向是o

a．兩種方法的結(jié)果相同。任意時刻方法二．由法拉第電磁感應(yīng)定律：負號表示動生電動勢方向是oa13P403例題9-3計算圖中金屬AB棒的電動勢。解：用第一種方法求XLdABP403例題9-3計算圖中金屬AB棒的電動勢。解：14方法二：XdAB作輔助線與AB構(gòu)成閉合回路方法二：XdAB作輔助線與AB構(gòu)成閉合回路15三．洛侖茲力究竟做不做功？1、產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力是洛侖茲力，洛侖茲力的功不為零2、安培力是洛侖茲力的宏觀表現(xiàn),安培力的功不為零,因此洛侖茲力的功不為零.矛盾？三．洛侖茲力究竟做不做功？1、產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力是洛侖16電子的實際運動速度是電子受的洛侖茲力是所以仍不做功。電子的實際運動速度是電子受的洛侖茲力是所以仍不做功。17四、在磁場中轉(zhuǎn)動的線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢矩形鋼性線圈，匝數(shù)為N，面積為S，線圈在均勻磁場中轉(zhuǎn)動。++++++.+任意位置時的磁通四、在磁場中轉(zhuǎn)動的線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢矩形鋼性線圈，匝18t時刻有tt時刻有t19§9-3感生電動勢感生電場一.感生電動勢產(chǎn)生的原因

1861年，麥克斯韋大膽假設(shè)“變化的磁場會產(chǎn)生感生電場”。

感生電場是一種非靜電場。正是這種非靜電場產(chǎn)生了感生電動勢。二、感生電場與變化磁場的定量關(guān)系電動勢的普遍定義：產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力，正是感生電場對電荷的作用力§9-3感生電動勢感生電場一.感生電動勢產(chǎn)生的原因20即感應(yīng)電場的環(huán)流等于感生電動勢。按照法拉第電磁感應(yīng)定律所以有（的正方向與L成右手螺旋關(guān)系）現(xiàn)在即感應(yīng)電場的環(huán)流等于感生電動勢。按照法拉第電磁感應(yīng)定律所以有21四、感生電場與靜電場的比較三、感生電場的性質(zhì)1、起源2、力線3、電位概念非保守力場、無勢場其力線閉合四、感生電場與靜電場的比較三、感生電場的性質(zhì)1、起源2、力線22五、感生電動勢的計算方法一：方法二：（有時需設(shè)計一個閉合回路）五、感生電動勢的計算方法一：方法二：（有時需設(shè)計一個閉合回23P407例9-5已知:半徑為R的長直螺線管內(nèi)的求:管內(nèi)外的【解】由于磁場有軸對稱性，所以又有軸對稱性。管內(nèi)：取場點P;L上各點大小相同，方向與半徑垂直。：LP407例9-5已知:半徑為R的長直螺線管內(nèi)的求:管內(nèi)外24即沿L的切線方向。假設(shè)與L同向，有L即沿L的切線方向。假設(shè)與L同向，有L25所以

管外:同理可得L所以管外:同理可得L26的曲線如圖所示：0Rr的曲線如圖所示：0Rr27六、渦電流

大塊導(dǎo)體在磁場中運動或處在變化的磁場中，導(dǎo)體內(nèi)部出現(xiàn)的感應(yīng)電流稱渦流如：++++BvF六、渦電流大塊導(dǎo)體在磁場中運動或處在28熱效應(yīng)：電磁冶煉，電磁淬火；機械效應(yīng)：電磁阻尼；應(yīng)用：熱效應(yīng)：電磁冶煉，電磁淬火；機械效應(yīng)：電磁阻尼；應(yīng)用：29§9-4自感應(yīng)和互感應(yīng)一個線圈的電流發(fā)生變化時，通過線圈自身的磁通也會發(fā)生變化，線圈內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢這種由自身電流變化引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象據(jù)畢沙拉定律B∝i

L-----線圈的自感系數(shù)，簡稱自感。一、自感應(yīng)§9-4自感應(yīng)和互感應(yīng)一個線圈的電流發(fā)生變L-----線30

自感系數(shù)在數(shù)值上等于線圈中通有單位電流強度時，通過線圈自身的磁通鏈數(shù)的大小。它取決于線圈的形狀、大小、匝數(shù)以及周圍磁介質(zhì)的情況，與電流i無關(guān)。自感電動勢自感在數(shù)值上也等于線圈中有單位電流變化率時，線圈中產(chǎn)生的自感電動勢的大小。自感系數(shù)在數(shù)值上等于線圈中通有單位電流強度時，自感電31考慮自感電動勢時，通常選電流的方向為回路的正方向，并且假設(shè)

L的方向與正方向一致，由可以看出：若di>0，則

L<0，與正方向相反，阻礙電流的變化；若di<0，則

L>0，與正方向相同，也阻礙電流的變化。

自感系數(shù)是電磁慣性的量度，L大電磁慣性大，電路中電流愈不易改變.考慮自感電動勢時，通常選電流的方向為回可以看出：若di>032自感電動勢稱為反電動勢.自感系數(shù)一般由實驗測定；簡單情況可以計算。計算思路:設(shè)i

B

L例1已知:l、S、n、

..求：長直螺線管的自感L.[解]設(shè)電流iB=

ni

=N

=NBS=N

niS(l/l)=

n2iVL=

/i=

n2V(與電流i無關(guān))自感電動勢稱為反電動勢.自感系數(shù)一般由實驗測定；簡單情況可以33二、互感應(yīng)什么叫互感

線圈1、2固定不動。假設(shè)線圈1中的電流i1隨時間t變化，在線圈2中產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢為（

21）若周圍無鐵磁質(zhì),則由畢薩定律:電流i1的磁場正比于i1,電流i1在線圈2中的磁通鏈數(shù)

21也正比于i1

,有二、互感應(yīng)什么叫互感線圈1、2固定不動。34(1)-------線圈1對線圈2的互感系數(shù)， 簡稱互感。它取決于兩線圈的形狀、大小、匝數(shù)、相對位置以及周圍磁介質(zhì)的分布情況，它與電流i1無關(guān)。由法拉第電磁感應(yīng)定律(1)-------線圈1對線圈2的互感系數(shù)，它取決于兩線圈35所以又有(2)假設(shè)線圈2中的電流i2隨時間t變化，在線圈1中產(chǎn)生的互感電動勢為

12。同理有(3)所以又有(2)假設(shè)線圈2中的電流i2隨時間t變化，在線圈1(36------線圈2對線圈1的互感系數(shù)。可以證明,互感的單位：亨利(H)互感通常由實驗測定(可根據(jù)（2）式)，在簡單的情況下可以計算。計算公式有兩個，即(1)式和(2)式。(4)------線圈2對線圈1的互感系數(shù)?？梢宰C明,互感的單位：371.磁能的來源當(dāng)K接通時實驗分析

結(jié)論：通有電流的線圈存在能量

磁場能量§9-5磁場的能量I1.磁能的來源當(dāng)K接通時實驗分析結(jié)論：通有電流的線圈存在382.磁場能量密度以無限長直螺線管為例長直螺線管的自感磁場能量密度的普遍計算公式(適用于均勻與非均勻磁場)2.磁場能量密度以無限長直螺線管為例長直螺線管的自感磁39磁場能量密度與電場能量密度公式的比較在有限區(qū)域內(nèi)dVVw磁場能量公式與電場能量公式具有完全對稱的形式磁場能量密度與電場能量密度公式的比較在有限區(qū)域內(nèi)dVVw磁場40任意磁場的能量計算公式為任意磁場的能量計算公式為41§9-6位移電流電磁場理論一．位移電流用于非閉合電路中安培環(huán)路定理是否成立？例如，電容器的充電回路。對S1:對S2:出現(xiàn)矛盾!將上定理用于閉合回路是沒有問題的;§9-6位移電流電磁場理論一．位移電流用于非閉合電路中42

安培環(huán)路定律是在穩(wěn)恒情況下得到（電流穩(wěn)定）。它用于非穩(wěn)定情況而出現(xiàn)矛盾并不奇怪。安培環(huán)路定律在非穩(wěn)恒情況下不適用.兩極板中的電場也在改變主要是因為非穩(wěn)恒電路中的傳導(dǎo)電流不連續(xù)。但在充放電時兩極板上的電量是隨時間變化的安培環(huán)路定律是在穩(wěn)恒情況下得到（電流穩(wěn)定）。43與的方向關(guān)系＋－＋＋－－截面法線正向＋－＋＋－－截面法線正向與的方向一致?？偸桥c的方向一致。充電：放電：與的方向關(guān)系＋－＋＋－－截面法線正向＋－＋＋－－截面法線44位移電流密度位移電流引入后，使得非穩(wěn)恒情況下整個電路中的全電流成為連續(xù)。

電位移通量的變化率正好與導(dǎo)線中的傳導(dǎo)電流相等，方向也與傳導(dǎo)電流方向一致，位移電流的定義位移電流密度位移電流引入后，使得非穩(wěn)恒情況下整個電路中的全電45

從上式可見，不僅傳導(dǎo)電流激發(fā)磁場，而且位移電流也將激化磁場，而且位移電流和傳導(dǎo)電流在激發(fā)磁場方面是等效的，而位移電流實際為D通量的變化率。即表現(xiàn)了變化的電場，變化的電場能激發(fā)渦旋磁場。

位移電流的引入，揭示出變化電場能產(chǎn)生磁場，這是麥可斯韋對電磁理論的重大貢獻。安培環(huán)路定律推廣到非穩(wěn)恒情況從上式可見，不僅傳導(dǎo)電流激發(fā)磁場，而46異?位移電流和傳導(dǎo)電流的異同？同?僅在激發(fā)磁場方面等效。1、不同的概念2、焦耳熱。異?位移電流和傳導(dǎo)電流的異同？同?僅在激發(fā)磁場方面等效。47二、麥克斯韋方程組的積分形式（1）靜電場性質(zhì)高斯環(huán)路（2）穩(wěn)恒磁場性質(zhì)環(huán)路高斯非穩(wěn)恒時，上四式的形式如何?二、麥克斯韋方程組的積分形式（1）靜電場性質(zhì)高斯環(huán)路（2）48先看（1）式電荷所產(chǎn)生電場的電位移用表示。變化磁場激發(fā)的電位移用表示。而變化磁場激發(fā)的電場是渦旋