穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng).ppt

第十二章 電磁感應(yīng) 電磁場(chǎng),electromagnetic induction,electromagnetic field,12.1 法拉第電磁感應(yīng)定律,12.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì),12.3 自感和互感,12.4 磁場(chǎng)能量,12.5 電磁場(chǎng)的理論基礎(chǔ),12.1 法拉第定律電磁感應(yīng),一、電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)表明：穿過(guò)線(xiàn)圈所包圍面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在回路中將產(chǎn)生的電流，該電流稱(chēng)為感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電磁感應(yīng),二、 楞次定律（Lenz law） 閉合回路中感應(yīng)電流的方向總是使得它所激發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。,感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)力（安培力），將反抗外力。即可以說(shuō)外力反抗磁場(chǎng)力做功，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)化為電路中的焦耳熱，符合能量守恒規(guī)律的,否則只需一點(diǎn)力開(kāi)始使導(dǎo)線(xiàn)移動(dòng)，將有無(wú)限大的電能出現(xiàn)，不符合能量守恒定律！,三、 法拉第電磁感應(yīng)定律 （Faraday law of electromagnetic induction）,單位:1V=1Wb/s, 與 L 反向, 與L 同向,電動(dòng)勢(shì)方向:,穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 正比于磁通量對(duì)時(shí)間的變化率的負(fù)值。,負(fù)號(hào)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 總是反抗磁通的變化,磁通鏈數(shù):,若有N匝線(xiàn)圈，它們彼此串聯(lián)，令每匝的磁通量為 1、 2 、 3 ,感應(yīng)電流：,感應(yīng)電荷：,例12-1 在裝置中，N=1000匝的副線(xiàn)圈與沖擊電流計(jì)相連，回路的總電阻R=1000。當(dāng)原線(xiàn)圈中的電流在 的時(shí)間內(nèi)由零增至 I 時(shí)，則測(cè)得通過(guò)電流計(jì)的感應(yīng)電量 ，求此時(shí)鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度和副線(xiàn)圈回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小。設(shè)環(huán)形鐵心的截面積,解：,例12-2 ：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中, 置有面積為 S 的可繞 OO軸轉(zhuǎn)動(dòng)的N 匝線(xiàn)圈 . 若線(xiàn)圈以角速度 作勻速轉(zhuǎn)動(dòng). 求線(xiàn)圈 中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).,解：,設(shè) t=0 時(shí), 線(xiàn)圈法向與B同向,可見(jiàn),在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線(xiàn)圈內(nèi)的感應(yīng)電電流是時(shí)間的正弦函數(shù).這種電流稱(chēng)交流電.,例12-3、一無(wú)限長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)載有交變電流為 ,與一矩形線(xiàn)框處于同一平面內(nèi),它們之間相對(duì)位置的尺寸如圖, 求回路ABCD中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).,解：,A B C D,一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)（motional electromotive force） 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)洛侖茲力引起,非靜電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)：,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：,方向：,12.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),方向：, ,+ -,例12-4、如圖所示，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的金屬棒導(dǎo)體棒在均勻磁場(chǎng)B中沿逆時(shí)針?lè)较蚶@點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng), 角速度，求： （1）棒中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向，OA間的電勢(shì)差； （2）如果金屬棒改為半徑為L(zhǎng)的金屬圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)中心和邊緣之間的電勢(shì)差。,解：方法一動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義,l, ,電勢(shì)差：,法拉第電機(jī),（2）可視為無(wú)數(shù)銅棒一端在圓心，另一端在圓周上，即為并聯(lián)，因此其電動(dòng)勢(shì)類(lèi)似于一根銅棒繞其一端旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。,方法二 法拉第定律,扇形面積,例12-5、如圖所示，一無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)中通有電流I0=10A，有一根l = 0.2m的金屬棒，以v=2 m/s的速度平行于長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)作勻速運(yùn)動(dòng)，如棒的近導(dǎo)線(xiàn)的一端距離導(dǎo)線(xiàn) a=0.1m，求金屬棒中的電動(dòng)勢(shì)。,A,dx,解: 方法一 用動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義,方向由B到A,x,A,B,A,B,x,dx,方法二、 用法拉第定律 假設(shè)AB向上移動(dòng)與初始位置AB形成回路,方向：楞次定律判斷 逆時(shí)針 即從B到A,二、感生電場(chǎng)和感生電動(dòng)勢(shì),穿過(guò)導(dǎo)體回路的磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，在回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為感生電動(dòng)勢(shì).,Maxwell 的假說(shuō)： 變化的磁場(chǎng)在其周?chē)臻g激發(fā)一種電場(chǎng)，它提供一種非靜電力能產(chǎn)生 。這電場(chǎng)叫做感生電場(chǎng)。,感生 電場(chǎng)（induced electric field),法拉第電磁感應(yīng)定律,電源電動(dòng)勢(shì)的定義,感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線(xiàn)是無(wú)頭無(wú)尾的閉合曲線(xiàn)，類(lèi)似于磁感應(yīng)線(xiàn)。稱(chēng)之為有旋電場(chǎng)。,感生電場(chǎng)永遠(yuǎn)和磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的變化連在一起。,感生電場(chǎng)對(duì)電荷都有作用力, 若有導(dǎo)體存在都能形成電流,比較,有旋電場(chǎng),例12-6 如圖所示，在半徑R的無(wú)限長(zhǎng)螺線(xiàn)管內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間而增長(zhǎng)，且 ，求管內(nèi)外感生電場(chǎng)的分布。,解：,o,a,b,例12-7、在圓柱形的均勻磁場(chǎng)中，若 ，柱內(nèi)直導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，且距圓心垂直距離為h，求此直導(dǎo)線(xiàn) ab上的感生電動(dòng)勢(shì)。, ,解：方法一 由電動(dòng)勢(shì)的定義求解,感生電動(dòng)勢(shì)方向,o,a,b, ,解：方法二 由法拉第定律求解，假想回路oabo，oa、ob與感生電場(chǎng)垂直，不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),感生電動(dòng)勢(shì)方向：楞次定律 逆時(shí)針?lè)较?即,三、電子感應(yīng)加速器,電子感應(yīng)加速器,電子運(yùn)行的軌道-磁場(chǎng)中一環(huán)形管真空管。,當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，