随时间变化的电磁场》

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1、数理学院大学物理教学中心CollegeofMathematics&Physics第五章随时间变化的电磁场麦克斯韦方程5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/202111820年奥斯特发现电流在周围空间激发磁场，促使科学家开始寻找其逆效应。电流可以产生磁场，磁场是否也一定可以产生电流？这一想法大大激发了英国物理学家法拉第开始研究电磁学的兴趣和热情，促使他将研究方向从电化学转向电磁学。1831年法拉第和美国物理学家亨利各自独立地发现了电磁感应现象。5-1电磁感应现象与电磁感应定律法拉第（MichaelFaraday1791-1867

2、）英国物理学家和化学家一、电磁感应现象7/16/20212法拉第和奥斯特一样深信“各种自然力的统一性”，追求这种统一性成为法拉第进行科学研究的哲学思想基础，导致法拉第历经十余年无数次失败，终于在1831年发现了电磁感应现象。同时代瑞士物理学家克拉顿的实验距离发现电磁感应仅一步之遥。长期以来，我就持有一种观点，几乎是一种信仰，我相信其他许多爱好自然知识的人也会共同有的，就是物质的力表现出来时所具有的各种形态，都有一个共同的根源，或者换句话说，他们是相互直接联系的，也是相互依赖的，所以他们似乎是可以相互转换的。——MichaelFar

3、aday5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/20213当穿过一个闭合导体回路所围面的磁通量发生变化时，无论这种变化是由什么原因所引起的，都会在回路中产生感应电流，这种现象称作电磁感应（elec-tromagneticinduction）现象。5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/20214在电磁感应现象中，回路中出现感应电流仅仅是一种表象，其内在还有更本质的东西。在回路中出现感应电流是由于回路中出现感应电动势。根据电动势的定义这表明在回路磁通量发生变化时，回路中存在非静电场，非静电场对单位正电荷所作的功等于电动势。5-1

4、电磁感应现象与电磁感应定律7/16/20215二.电磁感应定律法拉第电磁感应定律表明，穿过闭合回路所围面的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都会产生感应电动势。参考方向如果回路由N匝线圈密绕而成，在N匝线圈内产生的感应电动势为5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/20216回路内的感应电流为通过回路的感应电荷感应电动势和感应电流的大小与环路磁通量变化的快慢程度有关，而感应电量仅仅与环路磁通量的增量有关。利用这个原理，可以通过对感应电量的测量间接测量磁通量的变化，这就是磁强计的设计原理。5-1电磁感应现象与电

5、磁感应定律7/16/20217感应电动势的方向：取右手螺旋方向为参考方向（如图）如磁通量随时间增加，<0，电动势方向与参考方向相反。如磁通量随时间减小，>0，电动势方向与参考方向相同。参考方向5-1电磁感应现象与电磁感应定律>0<07/16/20218法拉第电磁感应定律中的负号，有确定的物理意义。俄国物理学家愣次提出了判断感应电流方向的楞次定律：感应电流的方向总是企图使感应电流产生的磁场阻止环路磁通量的变化。5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/20219电动势的方向由楞次定律可以确定，它反映了不同能量形式转化过程中的能量守恒

6、。电站利用电磁感应，将机械动能（或热能）转化为电能。5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/202110发电机的转子在定子的磁场中以恒定的转速转动，在转子线圈中的感应电动势以正弦规律随时间变化。这就是交流发电机的发电原理。5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/2021111.复习带电粒子在磁场中的运动。2.复习电磁感应定律和感应电动势的计算方法3.思考题：4.20~4.235.1~5.105.习题:4.304.314.325.55.10答疑电子信箱:gbao@njupt.edu.cn作业:5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/

7、16/202112例题：由一根长度为l的导体棒，在磁感强度为B的均匀磁场中，以角速度在垂直磁场平面内绕端点O匀速转动，试求导体棒上的感应电动势。解：取导体棒所扫过的扇型面为研究对象，由于只有导体棒相对磁场运动，扇型面周界回路的感应电动势等于导体棒的感应电动势。5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/202113由右手定则可以判断感应电动势的方向，由于回路磁通量增加，感应电动势的方向指向圆心。5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/202114例5.1-2一根无限长的长直导线，其中电流以恒定的速率Jo增长，一长为a，宽为b的矩

8、解：由于矩形导线框内的磁场分布不均匀，取如图面元求磁通量，再由电磁感应定律求环路的感应电动势。形导线框，与直线电流位于同一平面，平行于直导线的两条边到直导线的距离分别为R和R+b，求导线框中的电动势。5-1电磁感应现象与电磁感应定律7/16/202