電磁場(chǎng)與麥克斯韋方程組ppt課件

1、P.2/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29影響電磁感應(yīng)的因素有哪些？影響電磁感應(yīng)的因素有哪些？有什么規(guī)律？有什么規(guī)律？什么對(duì)它導(dǎo)航？什么對(duì)它導(dǎo)航？與其自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)與其自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)與它們的相對(duì)位置有關(guān)與它們的相對(duì)位置有關(guān)鴿子飛行與磁場(chǎng)有何關(guān)系？鴿子飛行與磁場(chǎng)有何關(guān)系？P.3/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29第8章 電磁場(chǎng)與麥克斯韋方程組 主要任務(wù)：研究電場(chǎng)或磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)激發(fā)場(chǎng)主要任務(wù)：研究電場(chǎng)或磁場(chǎng)隨時(shí)間變化時(shí)激發(fā)場(chǎng)磁場(chǎng)或電場(chǎng)規(guī)律，以及它們之磁場(chǎng)或電場(chǎng)規(guī)律，以及它們之間相互依賴、相互激發(fā)的規(guī)律。間相互依賴、相互激發(fā)的規(guī)律。1820年：年： 奧斯特實(shí)驗(yàn)：電奧斯特實(shí)驗(yàn)：電

2、磁磁1821 1831年：法拉第實(shí)驗(yàn)：磁年：法拉第實(shí)驗(yàn)：磁 電電對(duì)稱性對(duì)稱性隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的磁場(chǎng) 感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)( (渦旋電場(chǎng)渦旋電場(chǎng)) )隨時(shí)間變化的電場(chǎng)隨時(shí)間變化的電場(chǎng) 磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)稱性對(duì)稱性物理學(xué)典型方法：實(shí)驗(yàn)物理學(xué)典型方法：實(shí)驗(yàn) 理論理論 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)法拉第法拉第 麥克斯韋麥克斯韋 赫茲赫茲藍(lán)圖藍(lán)圖( (基礎(chǔ)基礎(chǔ)) )建設(shè)大廈建設(shè)大廈使大廈住滿人使大廈住滿人P.4/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29電磁感應(yīng)基本定律電磁感應(yīng)基本定律實(shí)驗(yàn)一：實(shí)驗(yàn)一： 當(dāng)條形磁鐵插入或拔出線圈回路時(shí)，當(dāng)條形磁鐵插入或拔出線圈回路時(shí)，在線圈回路中會(huì)產(chǎn)生電流；而當(dāng)磁鐵在線圈回路中會(huì)產(chǎn)生電流；而當(dāng)

3、磁鐵與線圈保持相對(duì)靜止時(shí)，回路中不存與線圈保持相對(duì)靜止時(shí)，回路中不存在電流。在電流。P.5/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29實(shí)驗(yàn)二：實(shí)驗(yàn)二： 以通電線圈代替條形磁鐵。以通電線圈代替條形磁鐵。 1. 當(dāng)載流主線圈相對(duì)當(dāng)載流主線圈相對(duì)于副線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈于副線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈回路內(nèi)有電流產(chǎn)生?；芈穬?nèi)有電流產(chǎn)生。 2. 當(dāng)載流主線圈相對(duì)于副線圈靜止時(shí)，如果改變主線圈的電流，則副線圈回路當(dāng)載流主線圈相對(duì)于副線圈靜止時(shí)，如果改變主線圈的電流，則副線圈回路中也會(huì)產(chǎn)生電流。中也會(huì)產(chǎn)生電流。P.6/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29 結(jié)論：結(jié)論：電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象(electromagn

4、etic induction) 感應(yīng)電流感應(yīng)電流(induction current)感感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(induction emf)P.7/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29 法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律: 當(dāng)穿過(guò)回路所包圍面積的磁通量發(fā)當(dāng)穿過(guò)回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與穿過(guò)回路的磁通量生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與穿過(guò)回路的磁通量對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值成正比。對(duì)時(shí)間變化率的負(fù)值成正比。 tddmi法拉第法拉第(1791-1867)，英，英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家，國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家，著名的自學(xué)成才科學(xué)家著名的自學(xué)成才科學(xué)家, ,生于薩里郡紐因頓一個(gè)

5、生于薩里郡紐因頓一個(gè)貧苦鐵匠家庭。他一生貧苦鐵匠家庭。他一生獻(xiàn)身科學(xué)研究，成果眾獻(xiàn)身科學(xué)研究，成果眾多，多，18461846年榮獲倫福德年榮獲倫福德獎(jiǎng)?wù)潞突始覄渍?。?jiǎng)?wù)潞突始覄渍?。反映感?yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，楞反映感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，楞次定律的數(shù)學(xué)表示次定律的數(shù)學(xué)表示P.8/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29(1) 通量還是通量還是 通量？還是二者皆可？通量？還是二者皆可？HB :m原、副線圈實(shí)驗(yàn)原、副線圈實(shí)驗(yàn)nIBr0nIH 原線圈原線圈副線圈副線圈鐵棒鐵棒引起閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的是引起閉合回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的是通過(guò)回路的通過(guò)回路的 通量的變化，而不是通量的變化，而不是 通量的變化通

6、量的變化BH(2) 式中負(fù)號(hào)含義式中負(fù)號(hào)含義, , 楞次定律的楞次定律的是什么？是什么？vNSNS楞次定律的本質(zhì)楞次定律的本質(zhì): : 能量守恒能量守恒P.9/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29 楞次定律楞次定律: 產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向，總是使感應(yīng)電流的磁場(chǎng)通過(guò)回路的磁通量阻礙原磁通量的變化。楞次（楞次（1804-1865）出生在德國(guó)的）出生在德國(guó)的Dorpat。俄國(guó)物理學(xué)家和地球。俄國(guó)物理學(xué)家和地球物理學(xué)家，物理學(xué)家，1845年倡導(dǎo)組織了俄國(guó)地球物理學(xué)會(huì)。年倡導(dǎo)組織了俄國(guó)地球物理學(xué)會(huì)。1836年至年至1865年任圣彼得堡大學(xué)教授，兼任海軍和師范等院校物理學(xué)教年任圣彼得堡大學(xué)教授，兼任海

7、軍和師范等院校物理學(xué)教授。授。 P.10/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29符號(hào)法則：符號(hào)法則：當(dāng)回路中的磁感線方向與回路的繞行方向成右手螺旋關(guān)系時(shí)，磁通量為正(+)(+)，反之為負(fù)(-)(-)。(+)(+)(-)(-)0miL 的繞行方向的繞行方向0miL 的繞行方向的繞行方向P.11/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-290mtddmi0ddmt0i0m0ddmt0i0i0m0ddmt0m0ddmt0iP.12/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29mm12m1mNiNiiN稱為稱為tNttttiiidd)(dd)dddd(ddm2m1m2m1mtNtiiiddddmP.1

8、3/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29在直導(dǎo)體棒勻速向右運(yùn)動(dòng)在直導(dǎo)體棒勻速向右運(yùn)動(dòng)過(guò)程中過(guò)程中, ,如果其外框是如果其外框是: : 閉合導(dǎo)體回路閉合導(dǎo)體回路 有持續(xù)電流有持續(xù)電流 導(dǎo)體不閉合導(dǎo)體不閉合 瞬態(tài)電流瞬態(tài)電流, ,穩(wěn)定穩(wěn)定 無(wú)導(dǎo)體無(wú)導(dǎo)體 無(wú)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)無(wú)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(3) 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 ItRRIdd1mB磁通量變化磁通量變化引起了感應(yīng)電場(chǎng)引起了感應(yīng)電場(chǎng)一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)回路截面的感應(yīng)電量一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)回路截面的感應(yīng)電量: :)(1d1d1m2mm2m1m21RRtIqttP.14/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29導(dǎo)線ab彎成如圖形狀，半徑r=0.1

9、0m，B=0.50T,轉(zhuǎn)速n=3600轉(zhuǎn)/分。電路總電阻為1000 。求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流以及最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和最大感應(yīng)電流。1 -s 120602ncosBSSBtrBcos22trBtisin2dd2V96. 2mitRrBRIiisin22mA96. 2miI rBP.15/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29tIisin01d2d20lrrSxlxiSBrlrtlI1200lnsin2tiddrlrtlI1200lncos21l2lr為逆時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)向時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)00cos20itt為順時(shí)針轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針轉(zhuǎn)向時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)00cos2ittP.16/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 202

10、1-10-29動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 不同慣性系中的變換很難概括為一個(gè)簡(jiǎn)單公式，分兩種情況處理。不同慣性系中的變換很難概括為一個(gè)簡(jiǎn)單公式，分兩種情況處理。引起引起 m變化的原因變化的原因? 與參考系選擇有關(guān)嗎與參考系選擇有關(guān)嗎？B 變變 變變S 變變感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)體平動(dòng)導(dǎo)體平動(dòng)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)SSmSBSBdcosd對(duì)線圈參考系：對(duì)線圈參考系： 變化變化B對(duì)磁鐵參考系：對(duì)磁鐵參考系： 不變，線圈運(yùn)動(dòng)不變，線圈運(yùn)動(dòng)BvNSP.17/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29(motional electromotive force)平衡時(shí)平衡時(shí)vBlU emfflUqq

11、EBqvcd 電源電源 ，反抗，反抗 做功，將做功，將+q由負(fù)極由負(fù)極正極，維持正極，維持 U的非靜電力的非靜電力 洛侖茲力洛侖茲力mfef產(chǎn)生產(chǎn)生 的非靜電力是什么？的非靜電力是什么？動(dòng)動(dòng)ldcvBefmfUBP.18/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29-Ii產(chǎn)生產(chǎn)生 的非靜電力的非靜電力動(dòng)動(dòng)BqfFmvKBqfEmvK非靜電場(chǎng)強(qiáng)非靜電場(chǎng)強(qiáng)（經(jīng)經(jīng)內(nèi)內(nèi)電電路路）動(dòng)動(dòng)lEdK（經(jīng)經(jīng)內(nèi)內(nèi)電電路路）lBd)(v由電動(dòng)勢(shì)定義：由電動(dòng)勢(shì)定義：lBlBbaLd)(d)(vv動(dòng)動(dòng)或：或：P.19/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29bailBd)(vtNtiddddP.20/64電磁感應(yīng)電磁感

12、應(yīng) 2021-10-29bailBd)(vllB0dvBlvl-OxtiddBlxtxBltiddddBlivP.21/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29：LOA，O ， 動(dòng)動(dòng)。BB解一：解一： 取線元取線元ldlv)(Bv與與 同向同向ldllBlBlBd dd)(dvv221ddLBllBLo)( , )(OALAoBldlvBvP.22/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29解二：解二：22m21dd21ddBLtBLt構(gòu)成扇形閉合回路構(gòu)成扇形閉合回路AOCA2m21LBBSAOCALABoC由楞次定律由楞次定律)( )(OAP.23/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-2

13、9 線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)線圈切割磁感線線圈切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。產(chǎn)生感應(yīng)電流。 (alternator)SSBtNtdddddmisin)cos(ddNBSBStNsinmP.24/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì) 感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)1. 導(dǎo)體回路不動(dòng)，由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體回路不動(dòng)，由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫感生電動(dòng)勢(shì)叫感生電動(dòng)勢(shì)(induced electromotive force)。StBNSBNttSSidddddd2. 產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力？產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力？：是不是洛侖茲力？是不是洛侖

14、茲力？0 , 0Bqfvv不是洛侖茲力不是洛侖茲力只可能是一種新型的電場(chǎng)力只可能是一種新型的電場(chǎng)力P.25/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29 1861年麥克斯韋假設(shè)年麥克斯韋假設(shè): :感生電動(dòng)勢(shì)：感生電動(dòng)勢(shì)：LilEd感感電磁場(chǎng)的基本方程之一：電磁場(chǎng)的基本方程之一：StBlESLidd感感(induced electric field)結(jié)論：結(jié)論： (1) 變化的磁場(chǎng)能夠激發(fā)電場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)能夠激發(fā)電場(chǎng)。 (2) 感生電場(chǎng)為渦旋場(chǎng)，又稱感生電場(chǎng)為渦旋場(chǎng)，又稱“渦旋電場(chǎng)渦旋電場(chǎng)”。 (eddy electric field)t B感感E“-”的含義的含義 P.26/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)

15、 2021-10-29起源起源性質(zhì)性質(zhì)特點(diǎn)特點(diǎn)對(duì)場(chǎng)中電對(duì)場(chǎng)中電荷的作用荷的作用聯(lián)系聯(lián)系靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)感生電場(chǎng)感生電場(chǎng)靜止電荷靜止電荷變化磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)內(nèi)內(nèi)靜靜qSES01d0d LlE靜靜有源、保守場(chǎng)有源、保守場(chǎng)0d SSE感感l(wèi)ELd感感StBSd無(wú)源、非保守?zé)o源、非保守(渦旋渦旋)場(chǎng)場(chǎng)不能脫離不能脫離電荷存在電荷存在可以脫離可以脫離“”在空間傳播在空間傳播靜靜靜靜EqF感感感感EqF 作為產(chǎn)生作為產(chǎn)生 的非靜電力，可以引起不閉合的非靜電力，可以引起不閉合導(dǎo)體中產(chǎn)生電荷堆積，從而建立起靜電場(chǎng)導(dǎo)體中產(chǎn)生電荷堆積，從而建立起靜電場(chǎng) 。感感F感感P.27/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-291.

16、 定義求解：定義求解：LilEd感感LilEd感感SiSBttdddddP.28/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29tBdd選擇一回路選擇一回路L, 逆時(shí)針繞行逆時(shí)針繞行StBlESLdddd感感StBrESddd2感感tBrErtBrERrdd2dd22感感感感，tBrRERtBrERrdd2dd222感感感感，L感感E感感E感感EP.29/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29tB314sin100 . 53Br2t314sin1051 . 032tti314cos05. 0ddrElELi2dkktrEi314cos08. 02kP.30/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29 原理：在電磁鐵的兩極之間安置一個(gè)環(huán)形真空室，當(dāng)用交變電流勵(lì)磁電磁鐵時(shí)，在環(huán)形室內(nèi)除了有磁場(chǎng)外，還會(huì)感生出很強(qiáng)的、同心環(huán)狀的渦旋電場(chǎng)。用電子槍將電子注入環(huán)形室，電子在洛倫茲力的作用下，沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)，在渦旋電場(chǎng)的作用下被加速。實(shí)驗(yàn)?zāi)M 電子感應(yīng)加速器電子感應(yīng)加速器(induction electron accelerator)是利用渦旋電場(chǎng)加速電子以獲得高能是利用渦旋電場(chǎng)加速電子以獲得高能粒子的一種裝置。粒子的一種裝置。P.31/64電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 2021-10-29(eddy current)tBdd1. 渦電流的熱效應(yīng)渦電流的熱效應(yīng)(heat effect)電磁灶電磁灶P.