電磁感應 電磁場

電磁感應電磁場第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2010203040G（1）磁鐵與線圈相對運動一、電磁感應現(xiàn)象8-1

電磁感應1831年,英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，他的發(fā)現(xiàn)來源于一系列的實驗:（2）金屬棒切割磁力線010203040GSN第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月當空間存在磁場和導體回路時，由于磁場的變化或回路(或部分回路)的運動，會在導體回路中產(chǎn)生瞬間電流，這種現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應電流，而電流的產(chǎn)生必然存在電動勢，把產(chǎn)生感應電流的電動勢稱為感應電動勢。3電磁感應現(xiàn)象：線圈內磁場變化，回路不變；磁場不變，回路變化。8-1

電磁感應電磁感應現(xiàn)象實質——線圈回路的磁通量變化。實驗表明第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4一個圓形線圈在均勻磁場中運動，判斷在下列幾種情況下是否會產(chǎn)生感應電流:線圈沿磁場方向平移；線圈沿垂直磁場方向平移；線圈以自身的直徑為軸轉動，軸與磁場方向平行；線圈以自身的直徑為軸轉動，軸與磁場方向垂直；(否)

8-1

電磁感應思考題1(否)

(否)

(是)

第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月58-1

電磁感應二、楞次定律表述1——在閉合導體回路中，感應電流激發(fā)的磁場所產(chǎn)生的磁通量，總是阻礙原磁場磁通量的變化。第5頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月68-1

電磁感應表述2——當導體回路（或部分回路）在磁場中做切割磁感線的運動時，感應電流所受的原磁場施加的安培力，總是阻礙導體的運動?！痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢痢恋?頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月78-1電磁感應三、法拉第電磁感應定律感應電動勢的大小等于回路中磁通量隨時間的變化率，感應電動勢的方向與磁通量的變化方向相反，即：“—”代表的方向，它反映了感應電動勢的阻礙作用。利用該定律可求出電動勢的大小和方向的判定。電動勢方向也可采用楞次定律來判斷?！姶鸥袘傻?頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月88-1

電磁感應對于一個N

匝線圈組成的回路：當每匝線圈的磁通量都相等時，定義：線圈的磁通鏈數(shù)為則有：第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月98-1

電磁感應設回路的電阻為R，回路中的感應電流為：在時間內，通過回路的總電荷為：可見：感應電流的大小和方向與磁通量的變化率相關，而感應電荷卻與磁通量的變化量相關。第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月108-1

電磁感應利用磁通量的變化制作出的磁通計，廣泛用于地質勘探和地震監(jiān)測中，探測地球磁場的變化。第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月8-1

電磁感應電動勢的形成需要非靜電力，那么電磁感應現(xiàn)象中的非靜電力是什么呢？四、感應電動勢的成因電動勢的定義：電源電動勢電源電動勢的大小，等于將單位正電荷從負極經(jīng)電源內部移至正極時，非靜電力所作的功。電動勢為：11第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月8-1

電磁感應12當導體切割磁力線時，洛侖茲力充當了移動電荷的非靜電力，導體兩端形成穩(wěn)定的電勢差的條件為：動生電動勢第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月××××××××××××138-1

電磁感應例題1動生電動勢長為的導體棒OA

在勻強磁場中沿順時針方向轉動。角速為。試求導體棒中產(chǎn)生的感應電動勢。

棒的轉動切割了磁感線，在棒中將產(chǎn)生感應電動勢，這種磁場不變、由導體運動產(chǎn)生的感應電動勢，稱為動生電動勢。解:

OA棒上各部分運動速度不等，則任取一線元，其上產(chǎn)生的感應電動勢為：第13頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月148-1

電磁感應OA棒上的動生電動勢為：由于三者相互垂直，則的方向由O指向A第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月158-1

電磁感應例題2

感生電動勢無限長直載流導線中通有隨時間變化的電流為為（常數(shù)），矩形導體線框置于圖示位置固定不動。試求導體線框中產(chǎn)生的感應電動勢。解：分析磁場分布特點，分割線圈面積。對任意面元，其磁通量為：第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月168-1

電磁感應

矩形線框的磁通量為：

線框中產(chǎn)生的感應電動勢為：

通常把這種導體回路不變、由磁場變化產(chǎn)生的感應電動勢，稱為感生電動勢。第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月178-1

電磁感應五、發(fā)電機法拉第發(fā)電機電磁感應定律最偉大應用之一——發(fā)電機

電磁鐵式發(fā)電機第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月風力發(fā)電機水輪發(fā)電機8-1

電磁感應工作原理:

利用導體線圈在磁場中轉動，在線圈中將產(chǎn)生感應電流或感應電動勢，由此把機械能轉換為電能。18第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月198-1

電磁感應轉動線圈滑環(huán)SN電刷交流發(fā)電機當線圈在動力機的作用下勻速轉動時，線圈中就會產(chǎn)生感應電動勢，通過電刷將電動勢引出。由于線圈的轉動方向不變，線圈中感應電動勢的大小和方向都會不斷變化，從而向外回路輸出交流電。第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月208-1

電磁感應線圈中的感應電動勢為：輸出電流為：任意時刻穿過N匝、面積為S的線圈的磁通鏈數(shù)為：令，則

第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出信號——發(fā)電機輸出的最大電壓——發(fā)電機輸出的最大電流218-1

電磁感應第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月228-1

電磁感應五、自感和互感1、自感現(xiàn)象由自身電流變化而引起的電磁感應現(xiàn)象。其中產(chǎn)生的感生電動勢稱之為自感電動勢。載流線圈的磁通量為：自感取決于線圈的形狀、大小以及周圍的磁介質

稱自感系數(shù)，單位為亨（H）第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月238-1

電磁感應線圈中的自感電動勢為：“—”表示自感電動勢總是阻礙線圈中電流的變化

在人們拔插頭的瞬間，經(jīng)?？吹讲孱^與插座之間會產(chǎn)生火花，請分析火花產(chǎn)生的原因。思考題2第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月24自感的利用：穩(wěn)流、LC

諧振電路、感應圈、扼流圈等.扼流圈8-1

電磁感應第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月258-1

電磁感應2、互感現(xiàn)象I1線圈1線圈2I2當線圈1中的電流變化時，電流在其周圍激發(fā)的磁場隨之改變，從而導致磁場在線圈2中的磁通量發(fā)生變化，在線圈2中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象。其中產(chǎn)生的電動勢稱為互感電動勢。

線圈中的磁通量：第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月268-1

電磁感應為互感系數(shù)，單位也為亨利（H）對于兩個線圈組成的互感系統(tǒng)：互感電動勢為：“—”表示一個線圈中的互感電動勢總是阻礙另一個線圈中的電流變化。

取決于兩個線圈的形狀、大小、相對位置和周圍磁介質。第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月278-1

電磁感應3、變壓器初級線圈次級線圈~

互感現(xiàn)象重要的應用之一—變壓器，是用來改變交流電壓的一種設備。若忽略線圈內阻，則變壓器的初級、次級線圈兩端電壓之比跟它們的匝數(shù)成正比，即：稱為變壓比

第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月288-1

電磁感應變壓器為降壓變壓器。變壓器為升壓變壓器。第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月294、磁場的能量LK當它通有電流時，電流不能突變，線圈中將產(chǎn)生自感電動勢，對電流的增長起阻礙作用。在建立磁場的過程中，電源必須克服自感電動勢作功，電源所做的這部分功，就以磁能的形式儲存在線圈內。8-1

電磁感應時間內電源克服自感電動勢做的功為：第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月308-1

電磁感應當電流由0增大到穩(wěn)定值時，電源克服自感電動勢做的總功為:

充磁完成后儲存在電感線圈中的磁場能量為:——自感磁能

第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月318-1

電磁感應電感線圈可視為長直螺線管：線圈自感：定義：單位體積內的磁場能量為磁場的能量密度，即第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月328-2

感生電場電磁爐作為一種安全、節(jié)能、環(huán)保的炊具而受到人們的青睞，電磁爐的熱效率高達90%。電磁爐利用的是什么來加熱食物的呢？第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月338-2

感生電場一、感生電場感生電動勢的成因是什么？變化的磁場將激發(fā)一種非電場——感生電場第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月348-2

感生電場，導體兩端產(chǎn)生恒定的電勢差為：感生電動勢應為：空間有一變化的磁場，激發(fā)出感生電場，它提供了非靜電力，電子在感生電場提供的非靜電力的作用下定向運動，在導體內部建立起一個電場?！猩妶雠c變化磁場的關系第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月358-2

感生電場（1）只要有變化的磁場就會激發(fā)感生電場，的方向滿足右手螺旋關系。（2）感生電場沿任意閉合回路的環(huán)流不為零，感生電場的電場線為一系列的閉合曲線，感生電場也稱為渦旋電場。注意第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月36靜電場E0感生電場Ek起源由靜止電荷激發(fā)由變化的磁場激發(fā)電力線電力線為非閉合曲線電力線為閉合曲線Ek感生電場和靜電場的對比8-2

感生電場第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月37靜電場E0感生電場Ek電場的性質保守場非保守場有源場無源場對電荷有力的作用對電荷有力的作用8-2

感生電場第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月388-2

感生電場在變化的磁場空間放置一塊導體，導體內部的電子將在感生電場力的作用下做定向運動，在導體內部形成漩渦狀的感應電流，稱為渦電流。渦電流的存在，將在導體內部產(chǎn)生焦耳熱，這稱為渦流的熱效應。二、渦電流I感渦流渦流生熱的特點：熱量集中在導體內部，損耗小，對外界的影響小，因此在工業(yè)界和工程技術領域有著獨特的應用。第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月398-2

感生電場1、電磁爐這個場景可能嗎？第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月408-2

感生電場2、感應爐 感應爐是利用渦流的熱效應來冶煉金屬的冶金爐。優(yōu)點：可以真空、可以冶煉難熔金屬，熱量集中且?guī)缀鯚o損耗，冶煉出的金屬雜質少，污染少。坩堝感應線圈金屬第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月418-3

位移電流變化的磁場可以產(chǎn)生感生電場，變化的電場能夠產(chǎn)生磁場嗎？麥克斯韋大膽地假設：變化的電場可以激發(fā)一種電流——位移電流位移電流感應磁場傳導電流第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月428-3

位移電流一、電流的連續(xù)性在一個導體回路中，任意時刻通過導體回路任意橫截面的電流處處連續(xù)、且相等，這稱為電流的連續(xù)性原理。

電流的連續(xù)性存在矛盾：在里兩個極板間電流不連續(xù)，但在外回路中連續(xù)。第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月以閉合回路L為邊界做兩個曲面，由安培環(huán)路定理得：磁場強度沿一回路的環(huán)流為什么出現(xiàn)了兩個不同的值？438-3

位移電流---+++LS2LS1L第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月448-3

位移電流二、位移電流的引入電容器的放電過程中dt時間內，極板上減少了dq的電量，導線中的電流為：定義：導線中的電流密度為則有——傳導電流外回路中：BA第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月458-3

位移電流——應該代表一個電流密度當電位移矢量隨時間變化時，就能激發(fā)一個以為電流密度的電流，即：——位移電流兩極板間：由有介質時的高斯定理可得：第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月468-3

位移電流（1）變化的電場產(chǎn)生位移電流，位移電流在空間激發(fā)出磁場，體現(xiàn)了變化的電場能產(chǎn)生磁場

。（2）電流的連續(xù)性問題（3）在真空中可以有變化的電場，位移電流可以在介質或真空中傳遞。注意---+++ICICICICICId第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月478-3

位移電流三、全電流安培環(huán)路定理——全電流引入位移電流后，整個回路的電流可表示為：在非穩(wěn)恒電流情況下，安培環(huán)路定理可修正為：——全電流安培環(huán)路定理第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月磁場強度H沿任何閉合回路的環(huán)流，等于通過以此閉合回路為邊界的曲面的全電流。這就是全電流安培定理。傳導電流對磁場的貢獻位移電流對磁場的貢獻8-3

位移電流48第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月498-4

電磁場1864年，集物理學家和數(shù)學家于一身的麥克斯韋，提出了“感生電場”和“位移電流”，高度地概括了“電能生磁”、“磁能生電”的觀點，從根本上表明電與磁是一個密不可分的整體，獨立的電場與獨立的磁場是不存在的，電與磁在一起構成了一個全新的場——電磁場。第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月50

磁場高斯定理：磁場安培環(huán)路定理：

靜電場環(huán)流定理：

靜電場高斯定理：一、麥克斯韋方程組8-4

電磁場概括了靜電場和靜磁場的四個基本定理：第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月51麥克斯韋方程組8-4

電磁場非穩(wěn)恒的電磁場中：——用感生電場修正——用位移電流修正麥克斯韋方程組就是定量描述電磁場的基本方程第51頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月整個宏觀電磁理論的發(fā)展過程，就是從1785年庫侖研究兩個靜止點電荷之間的相互作用開始，到1865年麥克斯韋總結出麥克斯韋方程組結束。8-4

電磁場（2）揭示了變化的磁場能夠激發(fā)電場、變化的電場也能激發(fā)磁場的宏觀規(guī)律，展示了自然界美妙的對稱性。麥克斯韋方程組的重大意義：（1）是一切宏觀