第6章電磁感應本科

第6章電磁感應本科第6章電磁感應6.1電磁感應6.2動生電動勢感生電動勢6.3自感和互感6.4磁場的能量6.5麥克斯韋方程組6.6電磁場與人類文明要求在電源內(nèi)電路中存在一種能反抗靜電力、并把正電荷由負極低電勢處推向正極高電勢處的非靜電力Fk

電源什么裝置能提供非靜電力？例:干電池、發(fā)電機、太陽能電池能將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置如何度量這種本領(lǐng)？ε----電動勢一、電源

G。。Fk

Fe

+§6-0電源電動勢

電動勢：非靜電力對應非靜電場從場的觀點：電源把單位正電荷經(jīng)內(nèi)電路從負極移到正極的過程中，非靜電力Fk所作的功

二、電動勢：

(1)反映電源作功能力，與外電路無關(guān)(2)是標量，規(guī)定其方向為電源內(nèi)部電勢升高的方向

(3)如果一個閉合電路L上處處都有非靜電力Fk存在

說明：§6-1電磁感應一、電磁感應現(xiàn)象1、基本電磁感應實驗2、電磁感應現(xiàn)象靜電場、穩(wěn)恒電流的磁場不隨時間而變化如果隨時間而變化什么現(xiàn)象？、什么規(guī)律？產(chǎn)生的電流稱為感應電流相應的電動勢為感應電動勢。當穿過一個閉合導體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時（不論這種變化是由什么原因引起的），在回路中就有電流產(chǎn)生——該現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象。2.線圈內(nèi)磁場變化1.導線或線圈在磁場中運動

二、法拉第電磁感應定律1.法拉第電磁感應定律：

通過回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中就有感應電動勢產(chǎn)生，而感應電動勢正比于磁通量的對時間變化率的負值。在國際單位制中(1)若回路是

N

匝密繞線圈(2)若閉合回路中電阻為R(3)感應電荷為2.討論：磁通鏈數(shù)式中的負號反映了感應電動勢的方向。（楞次定律）感應電流三、楞次定律

(判斷感應電流方向)感應電流的效果反抗引起感應電流的原因?qū)Ь€運動感應電流阻礙產(chǎn)生磁通量變化感應電流產(chǎn)生阻礙

閉合回路中感應電流的方向，總是使得它所激發(fā)的磁場來阻止或補償引起感應電流的磁通量的變化。判斷感應電流的方向：1、判明穿過閉合回路內(nèi)原磁場的方向；2、根據(jù)原磁通量的變化,按照楞次定律的要求確定感應電流的磁場的方向；3、按右手法則由感應電流磁場的方向來確定感應電流的方向。與反向與同向長直導線通有交流電I=I0sinωt,其中I0和ω是大于零的常數(shù),在長直導線旁平行放置一N匝矩形線圈,線圈平面與直導線共面.已知線圈長為l,寬為b,線圈靠近直線的一邊距導線的距離為d.解：通過面積元dS磁通量（選順時針方向為正）例1:求：線框中的感應電動勢通過整個線圈的磁通量通過N匝線圈的磁通量則回路中的感應電動勢O建立坐標軸,取一寬為dx的面元ds：ds=l·dx解：例2:求：線圈中的感應電動勢穿過單匝線圈的磁通量穿過N匝線圈的磁通量由法拉第電磁感應定律得如圖所示，在均勻磁場中面積為S，匝數(shù)為N的屏幕線圈，以角速度ω繞垂直于磁感應強度

的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,當t=0時,線圈平面法線

與

之間的夾角為

。RiOO′ωNBenα在任意時刻t,線圈平面法線

與

之間的夾角為令：交流發(fā)電機的制造原理線圈內(nèi)磁場變化兩類實驗現(xiàn)象感生電動勢動生電動勢產(chǎn)生原因、規(guī)律不相同都遵從電磁感應定律導線或線圈在磁場中運動感應電動勢感生電動勢：根據(jù)引起磁通量變化的原因不同，將感應電動勢劃分為磁場分布不變,導體回路或?qū)Ь€在磁場中運動而引起的感應電動勢動生電動勢：導體回路不動,磁場隨時間發(fā)生變化而引起的感應電動勢非靜電力動生電動勢?一、動生電動勢

動生電動勢是由于導體或?qū)w回路在恒定磁場中產(chǎn)生§6-2動生電動勢與感生電動勢運動而產(chǎn)生的電動勢。1.動生電動勢的成因:導線內(nèi)每個自由電子受到的洛侖茲力為:它驅(qū)使電子沿導線由a向b移動。+++++++++++++++++++++++++++++++++++++電子受的靜電力平衡時此時電荷積累停止，ab兩端形成穩(wěn)定的電勢差。洛侖茲力是產(chǎn)生動生電動勢的根本原因。方向ab在導線內(nèi)部產(chǎn)生靜電場由于洛侖茲力的作用使b端出現(xiàn)過剩負電荷，a

端出現(xiàn)過剩正電荷。導線運動，其中的自由電子受洛倫茲力而定向運動產(chǎn)生電動勢。洛倫茲力可以看作電子受的非靜電力。根據(jù)電源電動勢的定義非靜電場強確定動生電動勢的“方向”在磁場中運動的任意形狀的導線，其動生電動勢為：2.動生電動勢的計算+?B(1)適用于一切產(chǎn)生電動勢的回路(2)適用于切割磁力線的導體(3)說明：(4)閉合回路中的動生電動勢為OL求棒上的電動勢解方法一(動生電動勢):dl方向：A→O例1在勻強磁場B

中，長L

的銅棒繞其一端

O在垂直于

B

的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，角速度為

規(guī)定其方向O→A在銅棒上距0點為l處取一線元dl，銅棒上總電動勢：式中負號表明ε的方向與選取的線元dl的方向相反OL方法二(法拉第電磁感應定律):設(shè)時間t內(nèi)導體棒切割磁場線轉(zhuǎn)過θ角度，掃過的面積為一扇形面積：取逆時針方向為扇形回路繞行正方向，則S的正法向方向垂直紙面向外，通過扇形面積的磁通量為：方向：A→O作閉合回路直導線AB以速率v沿平行于長直載流導線的方向運動，AB與載流直導線共面，且與它垂直。設(shè)直導線中的電流為I,導線AB長為L，A端到直導線的距離為d.解：利用動生電動勢定義求解例2:求：導線AB上的感應電動勢dx上的動生電動勢為:負號表明：A端電勢高ox建立坐標軸如圖,在AB導線上距O點X處取線元dx規(guī)定其方向A→B電磁感應非靜電力洛侖茲力

感生電動勢動生電動勢非靜電力靜止的導線圈，只要磁場變化，其中就會有電流。有

I（感）,必有i

存在，非靜電力是什么？1.感生電動勢：導體回路不動,磁場隨時間發(fā)生變化而引起的感應電動勢麥克斯韋假設(shè)：隨時間變化的磁場在其周圍會激發(fā)一種渦旋狀的電場，稱為感生電場，其場強用Ek表示。感生電場對電荷有力的作用，這種力提供了非靜電力感生電場力二、感生電動勢和感生電場感生電動勢為：由法拉第電磁感應定律:2.感生電動勢的計算因為回路固定不動，磁通量的變化僅來自磁場的變化

在變化的磁場中，有旋電場強度對任意閉合路徑L的線積分等于這一閉合路徑所包圍面積上磁通量的變化率。二、感生電場感生電場的性質(zhì)表明：感生電場為無源場表明：感生電場為非保守場,（非勢場）感生電場線是無頭無尾的閉合曲線。感生電場也叫做渦旋電場討論②S是以L為邊界的任一曲面。①此式反映變化磁場和感生電場的相互關(guān)系，即感生不是積分回路線元上的磁感應強度的變化率電場是由變化的磁場產(chǎn)生的。的積分方向成右手螺旋關(guān)系S的法線方向應選得與曲線L：是曲面上的任一面元上磁感應強度的變化率與構(gòu)成左旋關(guān)系。③B分析：磁場分布具有軸對稱性，則空間渦旋電場的電場線是圍繞著磁場的一系列同心圓。R例1:求：解：在半徑為R的無限長直螺線管中內(nèi)部的磁場B隨時間做線性變化（）管內(nèi)外的感生電場Ek管內(nèi)：作半徑為r的同心圓回路L，使L的環(huán)繞方向與B構(gòu)成右手螺旋關(guān)系，且設(shè)E渦方向與線元方向一致管外：作半徑為r的同心圓回路L’，則方向：逆時針方向r渦電流：產(chǎn)生原因：大塊的金屬導體處在變化的磁場中時，通過金屬塊的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應電動勢，在金屬內(nèi)部形成電流，稱為渦電流。I(ω)I(ω)I(ω)I(ω)I’渦電流特點：1.熱效應：表明：交流電頻率越高發(fā)熱越多——感應加熱原理2.磁效應：阻尼擺由靜止電荷產(chǎn)生由變化磁場產(chǎn)生感生電場（渦旋電場）靜電場（庫侖場）具有電能、對電荷有作用力具有電能、對電荷有作