第9章 电磁感应与电磁场.ppt

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1、第9章　电磁感应与电磁场§9.1电磁感应定律§9.2动生电动势与感生电动势§9.3自感应与互感应§9.4磁场能量§9.5麦克斯韦电磁场理论简介电磁感应定律的发现，进一步揭示了电与磁之间的相互联系及转化规律.麦克斯韦提出了“感生电场”和“位移电流”两个假说，从而建立了完整的电磁场理论体系——麦克斯韦方程组本章主要研究电场和磁场相互激发的规律§9.1电磁感应的基本定律一、电磁感应现象1820年,奥斯特发现:电流磁效应电流产生磁场对称性→磁的电效应？?1831年,法拉第经过了十年不懈的探索，发现电磁感应现象产生§9-1电磁感应的基本定律首先介绍几种简

2、单的电磁感应现象。IiIi共同点：当一个闭合回路面积上的磁通量发生变化时，回路中便产生感应电流。这就是电磁感应现象。下面我们来研究感应电流方向和大小。I(t)Ii图9-11.产生感应电流五种情况：变化着的电流；线圈中变化着的磁场；运动中的恒定电流；运动着的磁铁；在磁场中运动着的导体.感应电流与原电流本身无关，而是与原电流的变化有关。——这种现象称为电磁感应原因：线圈中磁通量发生改变→导致产生感应电动势！导体回路中感应电动势的大小，与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比.其数学表达式为2.法拉第电磁感应定律m①SI制中K=1②式中的负号反映了楞次定律③

3、若N匝线圈串联：，则式中——磁通链感应电流如果闭合回路为纯电阻R回路时，则感应电流的方向与感应电动势的方向总是一致的。t1～t2时间内通过导线上任一截面的电量测Q可以得到m这就是磁通计的原理。设回路有N匝线圈当线圈中磁场由0→B时,不考虑Q的正负,则二.楞次定律1833年，楞次总结出：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止或补偿引起感应电流的磁通量的变化.磁通量变化产生感应电流阻碍导线运动产生感应电流阻碍楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象上的具体体现。一.楞次定律闭合导体回路中感应电流的方向,总是企图使它自身产生的通过回路面积的磁通

4、量,去阻碍原磁通量的改变。这一结论叫做楞次定律。阻碍的意思是：感应电流Ii与原磁场B的反方向成右手螺旋关系。BBIi若m增加,感应电流的磁力线与B反向;若m减少,感应电流的磁力线与B同向;感应电流Ii与原磁场B的正方向成右手螺旋关系。Ii企图感应电流总是企图用它产生的磁通,去阻碍原磁通的改变，但又无法阻止原磁通的变化，因而感应电流还是不断地产生。楞次定律是能量守恒定律的必然结果。要想维持回路中电流，必须有外力不断作功。这符合能量守恒定律。则不需外力作功，导线便会自动运动下去，从而不断获得电能。这显然违背能量守恒定律。按楞次定律，如果把楞次定律中的“

5、阻碍”改为“助长”，fmfm“阻碍”不是“相反”，原磁通量增大时方向相反，原磁通量减小时方向相同；“阻碍”也不是阻止，电路中的磁通量还是变化的。对闭合导体回路而言,感应电动势的方向和感应电流的方向是相同的。i因而回路中感应电动势的方向,也用楞次定律来判断。应当指出，只要一个回路中的磁通量发生变化，这个回路中便一定有感应电动势存在，这和回路由什么材料组成无关。至于是否有感应电流，那就要看回路是否闭合。I例9-2:一无限长直导线载有交变电流i＝i0sint，旁边有一个和它共面的矩形线圈abcd，如图所示.求线圈中的感应电动势.xdxdabchl2l1i讨

6、论：当0<t</2时，cost>0，i<0，逆时针方向；当0<t<时，cost<0，i>0，顺时针方向.i的方向还可由楞次定律直接判断.解:§9.2动生电动势与感生电动势感应电动势的非静电力是什么力呢？感应电动势回路变动引起的→动生电动势ε磁场变化引起的→感生电动势ε一、动生电动势动生电动势的非静电力——洛仑兹力uFm取导线长dl,导体中载流子速度为v电动势方向:首先确定积分方向(正方向)若＞０,则方向与dl方向一致若＜０,则方向与dl方向相反整个线圈L中所产生的动生电动势为例：长度为L的铜棒在磁感应强度为B的均匀磁场中，以角速

7、度绕O轴沿逆时针方向转动.求：(1)棒中感应电动势的大小和方向；(2)如果将铜棒换成半径为L的金属圆盘，求盘心与边缘间的电势差。0A解：方法一取微元u电动势的方向:A→0方法二作辅助线，形成闭合回路OACO0AuCθ符号表示方向沿AOCAOC、CA段没有动生电动势(2)将铜棒换成金属圆盘，可看作是由无数根并联的金属棒OA组合而成，故盘心O与边缘A之间的动生电动势仍为二、感生电动势由于磁场发生变化而激发的电动势电磁感应动生电动势感生电动势非静电力洛仑兹力非静电力?实验表明，非静电力只能是磁场变化引起。而这种非静电力能对静止电荷有作用力，因此，应是一种与电

8、场力类似的力。实验表明，非静电力只能是磁场变化引起。而这种非静电力能对静止电荷有