清华大学大学物理经典课件——电磁感应

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1、1陈信义编第10章电磁感应电磁学（第三册）2电磁感应现象揭示了电与磁之间的联系和转化，为人类获取电能开辟了道路，引起了一场重大的工业和技术革命。电流磁场，磁场电流？经过失败和挫折(1822—1831)，法拉第终于发现：感应电流与原电流的变化有关，而与原电流本身无关。在恒定电流的磁场中，导线中无电流—法拉第感到迷惑。31831年法拉第总结出以下五种情况都可产生感应电流：变化着的电流，运动着的恒定电流，在磁场中运动着的导体，变化着的磁场，运动着的磁铁。41832年法拉第发现，在相同的条件下，不同金属导体中产生的感应电流的大

2、小，与导体的电导率成正比。他认为，当通过回路的磁力线根数(即磁通量)变化时，回路里就会产生感应电流，从而揭示出了产生感应电动势的原因。他意识到：感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的；即使不形成导体回路，这时不存在感应电流，但感应电动势却仍然有可能存在。5§10.1法拉第电磁感应定律§10.3感生电动势和感生电场§10.5自感§10.2动生电动势§10.4互感§10.6磁场的能量§10.7超导的电磁特性（教材P354-368）目录【演示实验】发光二极管演示电磁感应、万用变压器演示涡流（跳圈、加热）、涡流的阻力（磁体在

3、铝管内运动）、涡流阻尼摆、超导磁悬浮列车6当穿过闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生变化时，回路中将产生感应电流。§10.1法拉第电磁感应定律闭合导体闭合回路的正方向：L的方向的正方向：与L成右手螺旋感应电动势：【演示实验】发光二极管演示电磁感应7感应电流的磁场—阻碍磁通量的变化SS8N匝线圈情况：涡流（Eddycurrent）：大块导体处于变化磁场中，或相对于磁场运动，导体内产生闭合的涡旋状的感应电流。电磁灶和变压器铁芯异步电动机【演示实验】万用变压器演示涡流（跳圈、加热）、涡流的阻力（磁体在铝管内运动）、涡流阻尼摆

4、磁链9磁通可按不同方式变化感应电动势:感生电动势一般情况：磁场变化同时回路运动:动生电动势磁场变化、回路静止磁场恒定、回路运动【思考】非静电力是什么？感生电场Lorentz力10§10.2动生（motional）电动势回路或其一部分相对恒定磁场运动，引起穿过回路的磁通变化—动生电动势。非静电力：动生电动势：【思考】点b、a间的电势+-baf【思考】?11xxxxxxxxxxxxxxxx任意形状的导线回路L，在恒定磁场中运动或形变，回路中产生的动生电动势为12外【例】Lorentz力不作功，只传递能量。Lorentz力不作功

5、是指13外力作功感生电流能量外14【例】法拉第圆盘（金属）R切割B线动生电动势15§10.3感生电动势和感生电场场的观点：变化的磁场在其周围空间激发感生电场—产生感生电动势的非静电力场回路静止，仅由磁场的变化引起穿过回路的磁通变化所产生的电动势—感生（induced）电动势16即使没有导体存在，变化的磁场也会在空间激发涡旋状的感生电场（非静电场）L的方向：的正方向微分形式：“变化的磁场会激发电场”17【例】电子感应加速器（Betatron）B轴对称E感轴对称？加速vE感—加速Lorentz力指向圆心18任何电场都可以

6、写成其中因此，任何电场都满足19真空中电场的基本规律微分形式：积分形式：20计算感应电动势的两个公式1、通量法则2、按感生和动生电动势计算21§10.4互感互感电动势不仅与电流改变的快慢有关，而且也与两个线圈的结构以及它们之间的相对位置有关。一个线圈中电流的变化，在另一线圈中产生感应电动势，这称为互感现象。这种电动势称为互感电动势。2221—I1的磁场B1通过线圈2的磁链由毕奥—萨定理：M21—线圈1对2的互感系数的正向与成右手螺旋。1、线圈1电流I1变化线圈2感生电动势23感生电动势：2、线圈2电流I2变化线圈1感

7、生电动势M12—线圈2对1的互感系数24可以证明（P339例10.9）无铁磁质时，M与两个线圈中的电流无关，只由线圈的形状、大小、匝数、相对位置及周围磁介质的磁导率决定。但有铁磁质时，M还与线圈中的电流有关。25通过互感线圈使能量或信号由一个线圈传递到另一个线圈。由于互感，电路之间会互相干扰。可采用磁屏蔽等方法来减小这种干扰。三、互感的应用例如电源变压器、中周变压器、输入、输出变压器以及电压和电流互感器等。26【例】长直螺线管内放一垂直圆环，求互感。设螺线管通电流i1，通过圆环的磁链i1【思考】设圆环通过电流i2，求M.2

8、7系数L（>0）—自感系数、自感当电流I变化时，通过该线圈的全磁通（磁链）也发生变化，因而在这个线圈中将产生感生电动势—自感电动势§10.5自感28自感的应用：稳流，LC电路（振荡，滤波），灭弧保护自感电动势的正方向取为电流的方向，否则式中负号消失！29【例】求总自感L总电动势II30总电动势：总自感