第八章電磁感應(yīng) 電磁場

大學(xué)物理學(xué)第八章電磁感應(yīng)電磁場法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），偉大的英國物理學(xué)家和化學(xué)家.他創(chuàng)造性地提出場的思想，磁場這一名稱是法拉第最早引入的.他是電磁理論的創(chuàng)始人之一，于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn).第八章電磁感應(yīng)§8.1電磁感應(yīng)的基本規(guī)律8.1.1電磁感應(yīng)的基本現(xiàn)象感應(yīng)電流與N-S的磁性、速度有關(guān)與有無磁介質(zhì)速度、電源極性有關(guān)與有無磁介質(zhì)開關(guān)速度、電源極性有關(guān)感生電流與的大小、方向，與截面積變化大小有關(guān)。感生電流與的大小、方向，與線圈轉(zhuǎn)動角速度大小方向有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明：穿過線圈所包圍面積內(nèi)的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在回路中產(chǎn)生的電流叫感生電流，叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在載流線圈內(nèi)加鐵芯前后有變化，而不變。說明感生電流只與有關(guān)。8.1.2法拉第電磁感應(yīng)定律單位:1V=1Wb/s與L反向與L同向電動勢方向:敘述:導(dǎo)體回路中的感應(yīng)電動勢的大小與穿過導(dǎo)體回路的磁通量的變化率成正比.國際單位制中

k=1負(fù)號表示感應(yīng)電動勢總是反抗磁通的變化d/dt=(N/Am)?m2?s1=Nm/C=V1）閉合回路由

N

匝密繞線圈組成磁通匝數(shù)（磁鏈）2）若閉合回路的電阻為R，感應(yīng)電流為時(shí)間內(nèi)，流過回路的電荷8.1.3楞次定律

楞次定律閉合的導(dǎo)線回路中所出現(xiàn)的感應(yīng)電流，總是使它自己所激發(fā)的磁場反抗任何引發(fā)電磁感應(yīng)的原因.NSNS

楞次定律是能量守恒定律的一種表現(xiàn)

維持滑桿運(yùn)動必須外加一力，此過程為外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱.機(jī)械能焦耳熱++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

例1在勻強(qiáng)磁場中,置有面積為S的可繞軸轉(zhuǎn)動的N匝線圈.若線圈以角速度

作勻速轉(zhuǎn)動.求線圈中的感應(yīng)電動勢.已知求解設(shè)時(shí),與同向,則令則在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動的線圈內(nèi)的感應(yīng)電流是時(shí)間的正弦函數(shù).這種電流稱交流電.8.2動生電動勢感生電動勢S和夾角發(fā)生變化是動生電動勢B發(fā)生變化是感生電動勢+++++++++++++++++++++++++++++++++++OP設(shè)桿長為

8.2.1動生電動勢動生電動勢的非靜電力場來源洛倫茲力---++平衡時(shí)po解例一長為的銅棒在磁感強(qiáng)度為的均勻磁場中,以角速度在與磁場方向垂直的平面上繞棒的一端轉(zhuǎn)動，求銅棒兩端的感應(yīng)電動勢.+++++++++++++++++++++++++++++++++++oP（點(diǎn)P的電勢高于點(diǎn)O的電勢）

方向O

P8.2.2感生電動勢產(chǎn)生感生電動勢的非靜電場感生電場麥克斯韋爾假設(shè)變化的磁場在其周圍空間激發(fā)一種電場,這個(gè)電場叫感生電場.閉合回路中的感生電動勢有源：無源：保守：非保守（渦旋）：不能脫離源電荷存在可以脫離“源”在空間傳播靜電場感生電場性質(zhì)特點(diǎn)對場中電荷的作用相互聯(lián)系比較作為產(chǎn)生的非靜電力，可以引起導(dǎo)體中電荷堆積，從而建立起靜電場.例如圖所示，有一半徑為

r

，電阻為R的細(xì)圓環(huán)，放在與圓環(huán)所圍的平面相垂直的均勻磁場中.設(shè)磁場的磁感強(qiáng)度隨時(shí)間變化，且常量.求圓環(huán)上的感應(yīng)電流的值.r解渦電流感應(yīng)電流不僅能在導(dǎo)電回路內(nèi)出現(xiàn)，而且當(dāng)大塊導(dǎo)體與磁場有相對運(yùn)動或處在變化的磁場中時(shí)，在這塊導(dǎo)體中也會激起感應(yīng)電流.這種在大塊導(dǎo)體內(nèi)流動的感應(yīng)電流,叫做渦電流,簡稱渦流.SN阻尼擺工頻感應(yīng)爐金屬塊應(yīng)用熱效應(yīng)、電磁阻尼效應(yīng).渦電流加熱金屬電極抽真空金屬電極接高頻發(fā)生器8.3自感互感磁場的能量1.自感現(xiàn)象(實(shí)驗(yàn))K接通時(shí)：B立即亮，A逐漸亮；K斷開時(shí)：B立即滅，A逐漸滅。A燈電流：8.3.1自感由于回路中電流變化，引起穿過回路包圍面積的全磁通變化，從而在回路自身中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象自感電動勢當(dāng)時(shí)，2）自感電動勢

自感單位：1

亨利（H）=

1韋伯/安培

（1

Wb/A）自感的計(jì)算方法例1如圖的長直密繞螺線管,已知,求其自感.（忽略邊緣效應(yīng)）解先設(shè)電流

I

根據(jù)安培環(huán)路定理求得H

B.8.3.2互感1.互感現(xiàn)象回顧中學(xué)原副線圈實(shí)驗(yàn)：原線圈副線圈一個(gè)載流回路中電流變化，引起鄰近另一回路中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象—互感現(xiàn)象.互感電動勢變化變化線圈2中產(chǎn)生變化變化線圈1中產(chǎn)生2.互感系數(shù)M等于當(dāng)一回路中通過單位電流時(shí)，引起的通過另一回路的全磁通.當(dāng)線圈幾何形狀、相對位置、周圍介質(zhì)均一定時(shí).（1）定義互感系數(shù)例兩同軸長直密繞螺線管的互感有兩個(gè)長度均為l,半徑分別為r1和r2（r1<r2）,匝數(shù)分別為N1和N2的同軸長直密繞螺線管.求它們的互感.解先設(shè)某一線圈中通以電流

I求出另一線圈的磁通量設(shè)半徑為的線圈中通有電流,則在內(nèi)代入計(jì)算得則則穿過半徑為的線圈的磁通匝數(shù)為互感的應(yīng)用（1）變壓器的應(yīng)用；（2）電流互感器套在電路上，可測大電流和保護(hù)線路；（4）感應(yīng)線圈使低壓直流電變?yōu)楦邏好}沖，形成高壓放電，用于點(diǎn)火裝置等;（3）鉗形安培表測回路中交