中南大学-大学物理-电磁学-变化的磁场课件.ppt

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1、第十三章变化的电磁场电流磁场电磁感应感应电流1831年法拉第闭合回路变化实验产生产生?问题的提出13-1电磁感应定律一.电磁感应现象R12εGmΦ当回路1中电流发生变化时，在回路2中出现感应电流。S当通过闭合导电回路的磁通量变化时，回路中就会有电流产生。电动势形成产生二、电磁感应定律导电回路中产生的感应电动势的大小，与穿过导电回路的磁通量对时间的变化率成正比。感应电动势的方向楞次定律感应电动势大小在t1到t2时间间隔内通过导线任一截面的感应电量对N匝线圈—磁通链数感应电流三、楞次定律(判断感应电流方向)感应

2、电流的效果反抗引起感应电流的原因导线运动感应电流阻碍产生磁通量变化感应电流产生阻碍闭合回路中感应电流的方向，总是使感应电流激发的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。判断感应电流的方向：1、判明穿过闭合回路内原磁场的方向；2、根据原磁通量的变化,按照楞次定律的要求确定感应电流的磁场的方向；3、按右手定则由感应电流磁场的方向来确定感应电流的方向。在无限长直载流导线旁有相同大小的四个矩形线圈，分别作如图所示的运动。判断回路中是否有感应电流。思考线圈内磁场变化两类实验现象感生电动势动生电动势产生原因、规律不相同都遵

3、从电磁感应定律导线或线圈在磁场中运动感应电动势非静电力动生电动势G?一、动生电动势动生电动势是由于导体或导体回路在磁场中运动而产生的电动势。产生13-2动生电动势和感生电动势+++++++++++++++++++++动生电动势的成因导体内每个自由电子受到的洛伦兹力为它驱使电子沿导线由a向b移动。由于洛伦兹力的作用使b端出现过剩负电荷，a端出现过剩正电荷。非静电力+++++++++++++++++++++电子受的静电力平衡时此时电荷积累停止，ab两端形成稳定的电势差。洛伦兹力是产生动生电动势的根本原因.方向a

4、b在导体内部产生静电场由电动势定义运动导体ab产生的动生电动势为动生电动势的一般公式非静电力定义为非静电场强一般情况上的动生电动势整个导线L上的动生电动势导线是曲线,磁场为非均匀场。导线上各长度元上的速度、各不相同均匀磁场非均匀磁场计算动生电动势分类方法平动转动例已知:求:+++++++++++++L均匀磁场平动解：+++++++++++++L典型结论特例++++++++++++++++++++++++++++++均匀磁场闭合线圈平动例有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切割磁感线运动。已知：求：动生电动

5、势的大小和方向。+++++++++++++++++++R作辅助线，形成闭合回路方向：解：方法一+解：方法二++++++++++++++++++R方向：均匀磁场转动例如图，长为L的铜棒在磁感应强度为的均匀磁场中，以匀角速度绕O轴转动。求：铜棒中感应电动势的大小和方向。解：取微元方向例一直导线CD在一无限长直电流磁场中作切割磁感线运动。求：动生电动势的大小和方向。abIx解：非均匀磁场结论：洛伦兹力做功等于零即需外力克服洛伦兹力的一个分力使另一分力对电荷做正功洛伦兹力永远不做功二、感生电动势和

6、感生电场感生电动势:由于磁场发生变化而激发的电动势电磁感应非静电力洛伦兹力感生电动势动生电动势非静电力1、感生电场麦克斯韦假设：变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，称为涡旋电场或感生电场。记作或非静电力感生电动势感生电场力由法拉第电磁感应定律由电动势的定义讨论2）S是以L为边界的任一曲面。的法线方向应选得与曲线L的积分方向成右手螺旋关系是曲面上的任一面元上磁感应强度的变化率1）此式反映变化磁场和感生电场的相互关系，即感生电场是由变化的磁场产生的。不是积分回路线元上的磁感应强度的变化率与构成左旋关系

7、。3）感生电场电场线由静止电荷产生由变化磁场产生线是“有头有尾”的，是一组闭合曲线起于正电荷而终于负电荷线是“无头无尾”的感生电场（涡旋电场）静电场（库仑场）具有电能、对电荷有作用力具有电能、对电荷有作用力动生电动势感生电动势特点磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化原因由于S的变化引起回路中m变化非静电力来源感生电场力洛伦兹力由于的变化引起回路中m变化感生电场的计算例1局限于半径R的圆柱形空间内分布有均匀磁场，方向

8、如图。磁场的变化率求：圆柱内、外的分布。根据右手定则判断方向：逆时针方向讨论在圆柱体外，由于B=0上于是虽然上每点为0，在但在上则并非如此。由图可知，这个圆面积包括柱体内部分的面积，而柱体内上故方向：逆时针方向例2有一匀强磁场分布在一圆柱形区域内，已知：方向如图.求：解:电动势的方向由C指向D用法拉第电磁感应定律求解讨论CD导体存在时，电动势的方向由C指向D加圆弧连成闭合回路矛盾？12123由楞次定律知：感生电流