《電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)》PPT課件.ppt

1、1,第六章,電磁感應(yīng) 與電磁場(chǎng),2,本章基本內(nèi)容,電磁感應(yīng)定律,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),感生電動(dòng)勢(shì),渦旋電場(chǎng) 位移電流,麥?zhǔn)戏匠探M,自感、互感,電磁場(chǎng)能量,3,6.1 電磁感應(yīng)基本定律,一、 法拉第電磁感應(yīng)定律,通過(guò)回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值成正比。,(6-1),(6-2),4,對(duì)N匝線圈,Nf 叫磁鏈,通過(guò)回路中任一截面感應(yīng)電量q,由R 和 q 可算出 ， 此即為磁通計(jì)原理。,5,楞次定律或法拉第電磁感應(yīng)定律是 符合能量守恒和轉(zhuǎn)換定律的。,反抗（阻礙）,二、 楞次定律,6,6.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和洛倫茲力,磁場(chǎng)不變,導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),導(dǎo)體不動(dòng),磁場(chǎng)

2、變化,感生電動(dòng)勢(shì),磁場(chǎng)變化 導(dǎo)體運(yùn)動(dòng),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),感生電動(dòng)勢(shì),7,一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),如圖，,方向：根據(jù)楞次定律,8,5.1電源的電動(dòng)勢(shì) e,非靜電場(chǎng)，,靜電場(chǎng)。,電荷 q 從 B 出發(fā)繞 行一周，場(chǎng)力的功為：,補(bǔ)充內(nèi)容：,9,故e 是在非靜電場(chǎng)作用下，使單位正電荷繞行一周時(shí)，非靜電場(chǎng)所做的功。,10,導(dǎo)線內(nèi)電子受洛倫茲力,同時(shí)產(chǎn)生靜電場(chǎng)力,洛倫茲力產(chǎn)生非靜電場(chǎng) 為：,兩種場(chǎng)平衡時(shí)：,a,b,11,b、a 間的電勢(shì)差即動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)為,方向：,12,從中看出：,只有做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí),，其中,方向：,13,二、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算,）電磁感應(yīng)定律常用于閉合回路整 體在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)。,14,

3、b)對(duì)非均勻磁場(chǎng)中一段導(dǎo)線(或?qū)Ь€在磁 場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)）微積分法,2)定義法：常用于求解一段不閉合導(dǎo)體。,15,應(yīng)用舉例,解：,方向均指向A,例6-1：導(dǎo)線L在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞o以w做勻速 轉(zhuǎn)動(dòng)。求：ei=?,方向：,16,例6-2 如圖 已知：I、 l 、a、u。求：e動(dòng)生=?,解：,方向逆x 軸,方向：,17,18,19,6.3 感生電場(chǎng)與感生電動(dòng)勢(shì),一、感生電場(chǎng),當(dāng)導(dǎo)體回路不動(dòng),磁場(chǎng)變化時(shí),回路中有感應(yīng)電流，說(shuō)明回路中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)存在。驅(qū)使電荷運(yùn)動(dòng)的力既不是洛侖茲力,也不是靜電力,而是一種新的力。,麥克斯韋認(rèn)為：變化磁場(chǎng)在其周圍空間產(chǎn)生渦旋狀電場(chǎng)，稱為渦旋電場(chǎng)或感生電場(chǎng)，,記為 的存在與導(dǎo)體無(wú)關(guān)。

4、,20,感生電動(dòng)勢(shì) 為,上式說(shuō)明，變化磁場(chǎng)激發(fā)渦旋電場(chǎng)。,21,應(yīng)該明確：,1)無(wú)論在真空中（或在介質(zhì)中）是否有導(dǎo) 體存在，只要 ,即有Ek.,2)在的空間有導(dǎo)體時(shí)，對(duì)自由電 子提供作用力，稱為渦旋電場(chǎng)力。,3)假設(shè)已被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(電子感應(yīng)加速器）.,22,二、感生電場(chǎng)的性質(zhì)(與靜電場(chǎng)比較）,相同點(diǎn)：對(duì)電荷均有力的作用。,不同點(diǎn)：a)產(chǎn)生的機(jī)理不同； b)性質(zhì)不同。,23,解：,應(yīng)用舉例：,例6-3 如圖,24,求：感生電動(dòng)勢(shì)。,例4、 在半徑為R的圓形導(dǎo)體所在的區(qū)域 內(nèi)有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其大小為B=B0sin(5t) .,解：,25,【例66】真空中矩形回路與長(zhǎng)直導(dǎo)線共面，I=I0cost, I0

5、、為正常數(shù)，并以勻速u垂直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)，求1)任一時(shí)刻通過(guò)回路的m ; 2)任一時(shí)刻回路中e動(dòng)生和e感生 ; 3) t=/2時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向.,解：1）,26,2）,動(dòng)生,感生,【例66】真空中矩形回路與長(zhǎng)直導(dǎo)線共面，I=I0cost, I0、為正常數(shù)，并以勻速u垂直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)，求1)任一時(shí)刻通過(guò)回路的m ; 2)任一時(shí)刻回路中e動(dòng)生和e感生 ; 3) t=/2時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向.,27,3）,動(dòng)生,感生,當(dāng)t =/2時(shí)，,e =感生,為順時(shí)針。,【例66】真空中矩形回路與長(zhǎng)直導(dǎo)線共面，I=I0cost, I0、為正常數(shù)，并以勻速u垂直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)，求 3) t=/2時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向.,28,

6、一、自感現(xiàn)象：因線圈中電流變化而在 線 圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象 ，相 應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)稱自感電動(dòng)勢(shì)。,6.4 自感和互感,由畢薩定律知：,L稱自感系數(shù)。,當(dāng)I =1時(shí)，,即L等于回路中通過(guò)單位電流時(shí) 穿過(guò)此回路所圍面積的磁通量。,29,當(dāng)回路及磁導(dǎo)率不隨時(shí)間變化時(shí),負(fù)號(hào)說(shuō)明： 總是反抗回路中電流變化.,對(duì)N匝密繞線圈：,電工中扼流圈、日光燈鎮(zhèn)流器是自 感應(yīng)用的實(shí)例。,30,求一長(zhǎng)直螺線管（長(zhǎng)為l，截面積為S，總匝 數(shù)為N，管內(nèi)磁導(dǎo)率為m ）的自感系數(shù)。,解：,則：,31,例6-8 由兩導(dǎo)體圓筒組成無(wú)限長(zhǎng)同軸電纜 ， 筒間磁導(dǎo)率為m 。,求：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度自感系數(shù),解：,32,二、互感現(xiàn)象,當(dāng)一個(gè)線圈的電

7、流發(fā)生變化時(shí)，在其周圍空間會(huì)引起磁場(chǎng)的變化，從而在處于此空間的另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這是互感現(xiàn)象。,該現(xiàn)象廣泛用于無(wú)線電技術(shù)、工程技術(shù)的電磁測(cè)量,33,6.6 磁場(chǎng)的能量,我們從圖示電路中，以能量守恒和轉(zhuǎn)換的角度來(lái)研究磁場(chǎng)能量。,34,由全電流歐姆定律：,兩邊同乘Idt,積分上式,35,磁場(chǎng)的能量密度：,場(chǎng)是能量的攜帶者，將,代入Wm中,稱單位體積的磁場(chǎng)能量為磁場(chǎng)能量密度， 用wm表示。,36,非均勻磁場(chǎng)中 的計(jì)算：,電磁場(chǎng)能量密度：,37,能量存在器件中,存在場(chǎng)中,在電磁場(chǎng)中,普遍適用于 各種電場(chǎng)、磁場(chǎng),靜電場(chǎng) 穩(wěn)恒磁場(chǎng),類 比,38,【例69】 用能量的方法求同軸電纜單位 長(zhǎng)度的自感

8、。,由,39,6.7 位移電流,變化磁場(chǎng)要產(chǎn)生電場(chǎng)，變化電場(chǎng)能否產(chǎn)生磁場(chǎng)呢？麥克斯韋把安培環(huán)路定律用于圖示時(shí)變場(chǎng)中將發(fā)生不可克服的矛盾。,對(duì)曲面S1有：,對(duì)曲面S2有：,矛盾的焦點(diǎn)在于電流的不連續(xù)性,40,電容器內(nèi)盡管無(wú)I傳,但極板上存在,由高斯定理知：,1.位移電流及性質(zhì),位移電流的面密度,通過(guò)某個(gè)面積的位移電流就是通過(guò)該面積的電通量對(duì)時(shí)間的變化率,41,2. 全電流定理,電流概念的推廣,能產(chǎn)生磁場(chǎng)的物理量,1）傳導(dǎo)電流 載流子定向運(yùn)動(dòng) 2）位移電流,42,電流概念的推廣,僅僅從產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力 上定義僅此而已,其它方面均表現(xiàn)出不同,如在真空中 位移電流不伴有電荷的任何運(yùn)動(dòng) 所以談不上產(chǎn)生焦耳熱,43,用全電流定理就可以解決前面的