大学物理简明教程 教学课件 作者 陈执平 主编八 电磁感应.ppt

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1、第八章　电磁感应8－1电磁感应定律一、电磁感应现象电流可以产生磁场，从自然界的对称原理出发，磁场是否也能产生电流?法拉第得出结论：不论任何原因使穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就有电流出现。无独有偶。它与静电感应现象相对称，因此称电磁感应现象。电路中有电流，说明电路中存在电动势。如果将电磁感应中出现的电流称为感应电流，相应的电动势就称感应电动势。本书动画电磁感应现象.exe二、法拉弟电磁感应定律本书动画（电磁感应现象）.SWF8－2感应电动势一、电源与电动势电源是维持电势差的装置电源电动

2、势为将单位正电荷经电源内部从负极移到正极时，非静电力作的功引入电动势来表述电源转化能量的能力本书动画电源的原理.exe二、动生电动势和感生电动势1．动生电动势导线中的电子受到洛仑兹力的作用。2．感生电动势麦克斯韦假设：变化的磁场在其周围空间会激发一种电场线是闭合的涡旋状电场，称为感生电场，以表示即这与库仑静电场是不同的。对感生电场[例8-1]如图磁感应强度垂直于回路平面向里，，，试求，，解　设定坐标系及回路正向，则[例8-2]如图所示的回路，磁感应强度垂直于回路平面向里，磁通量按下述规律变化式中的单位为毫韦

3、伯，的单位为秒．求：（1）在时回路中的感生电动势为多少？（2）电阻上的电流方向如何？解（1）　感生电动势为代入，得回路绕行正方向为顺时针，现为负值，所以线圈中感生电流的方向是逆时针的，即从电阻的左边流向右边。[例8-3]长为b，宽为a的矩形线圈ABCD与无限长直导线共面，且线圈的长边平行于长直导线，线圈以速度向右平动，t时刻AD边距长直导线为x，长直导线中的电流按规律随时间变化，如图，求回路中的电动势。解8－3自感和互感一、自感载流线圈因自身电流变化，使穿过自身回路的磁通量发生变化而产生感应电动势，称为自感电

4、动势。比例系数称为自感。从毕奥－萨伐尔定律知，穿过线圈的磁通量与线圈中的电流成正比，即L只与线圈形状、大小、匝数及周围磁介质有关。单位为亨利（当自感电动势一定，线圈回路的自感越大，回路中的电流越不易改变，自感L有维持原电路状态的能力，L就是这种能力大小的量度。回路的这种性质与力学中物体的惯性有些类似，称为电磁惯性。当线圈由匝构成，则通过的磁通量为，称为磁通链。[例8-4]如图（a），有一截面为矩形的N匝螺绕环，半径为R，截面边长为b和c，管内充满磁导率为的均匀磁介质，试求其自感。解　由图8－6(b)，在矩形截

5、面上取面元，该面元距螺绕环中心为r。由安培环路定理得处的磁感应强度穿过螺绕环的磁通链为螺绕环的自感系数为[例8-5]如图，同轴电缆中金属芯线半径为，共轴金属圆筒半径为，其间充满磁导率为的磁介质。金属芯线与金属圆筒上的电流大小为I，相等但方向相反，求芯线与圆筒间单位长度上的磁能及自感。解　由安培环路定理可求得芯线与圆筒间距轴线r处的磁感应强度长度为的电缆段磁能为单位长度磁能为而故二、互感以两个线圈为例。当其中一个线圈中电流发生变化时，邻近的另一个线圈中会产生电动势，此电动势称互感电动势。本书动画互感.exe设

6、为电流的磁场在线圈中的磁通量，比例系数称为线圈1对线圈2的互感。同样地，电流的磁场在线圈1中的磁通量为理论和实验都证明由法拉弟电磁感应定律，因线圈1中电流的变化，在线圈2中引起的电动势为同理在电工无线电技术中，人们经常应用互感现象，将变化的电讯号从一个电路传送到另一个与之不相连的电路。[例8-6]在真空中，将一无限长载流导线视作一线圈，求它与其附近距离为d，长为l，宽为b的矩形线圈的互感。解　设导线中的电流为I，则在如图坐标系中，x处的磁感应强度穿过该线圈的磁通量为互感为8－4磁场的能量我们知道，电容器充电后

7、贮存了电能。电感元件是否存在类似情况？我们来看下面的一个例子。如图，电键K接点1，灯泡渐亮至稳定。当电键由点1改接点2，发现灯先暗接着突然亮了一下又熄灭。这短暂的一亮只能是由于贮存于电感中的电能释放所致。在时间dt内,电流i克服自感电动势作元功将　代入上式得这个功就是贮存于线圈中的磁场能量磁能也同样贮存于磁场中现以长l，横截面积为S，管中充满磁导率的磁介质的N匝载流长直螺线管为例讨论磁能与磁感应强度的关系。,,磁能密度为8－5位移电流　电磁场基本方程如图，作一回路L并以此回路为边界向左作曲面，向右作曲面。对，

8、对，安培环路定理出现了矛盾，不再适用。这是电流在电容器两极板间的真空或介质中间断的缘故。为解决电流的不连续问题，麦克斯韦引入了位移电流概念。两极板间的电位移矢量大小因此在数值上等于传导电流面密度大小，的方向与传导电流密度的方向也是一致的。麦克斯韦假设为两极板间真空或介质中的某种电流的密度，并称之为位移电流密度。位移电流的引入，使得原来极板间电流中断处被接上，电路连续了。全电流电路中全电流等于传导电流