电磁学PPT

1§16.1法拉第电磁感应定律§16.2动生电动势§16.3感生电动势§16.4自感和互感§16.5磁场的能量§16.6位移电流§16.7麦克斯韦方程组§16.8电磁波第16章电磁场2§1法拉第电磁感应定律1.电磁感应现象当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时（不论这种变化是由什么原因引起的），在导体回路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象。NSBG回路中所产生的电流称为感应电流。相应的电动势则称为感应电动势。abvmF3一线圈,如果要有感应电流产生,通过它的磁场要满足什么条件?那就是:通过线圈的磁通要发生变化其途径有三:1.部分导体作切割磁力线运动2.改变磁场3.导体不动,磁场不变,改变磁介质4法拉第于1791年出生在英国伦敦附近的一个小村里，父亲是铁匠，自幼家境贫寒，无钱上学读书。13岁时到一家书店里当报童，次年转为装订学徒工。在学徒工期间，法拉第除工作外，利用书店的条件，在业余时间贪婪地阅读了许多科学著作，例如《化学对话》、《大英百科全书》的《电学》条目等，这些著作开拓了他的视野，激发了他对科学的浓厚兴趣。1812年，学徒期满，法拉第打算专门从事科学研究。次年，经著名化学家戴维推荐，法拉第到皇家研究院实验室当助理研究员。在戴维的支持和指导下作了许多化学方面的研究工作。51821年法拉第读到了奥斯特的描述他发现电流磁效应的论文《关于磁针上的电碰撞的实验》。该文给了他很大的启发，使他开始研究电磁现象。经过十年的实验研究，在1831年，他终于发现了电磁感应现象。1851年，曾被一致推选为英国皇家学会会长，但被他坚决推辞掉了。1867年8月25日，他坐在书房的椅子上安祥地离开了人世。遵照他的遗言，在他的墓碑上只刻了名字和生死年月。1833年，法拉第发现了电解定律，1837年发现了电解质对电容的影响，引入了电容率概念。1845年发现了磁光效应，后又发现物质可分为顺磁质和抗磁质等。6NSNS表述：闭合回路感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化二、楞次定律7楞次(1804～1865)俄国物理学家。楞次1831年法拉第发现了电磁感应现象后，当时已有许多便于记忆的“左手定则”、“右手定则”、“右手螺旋法则”等经验性规则，但是并没有给出确定感生电流方向的一般法则。1833年楞次在总结了安培的电动力学与法拉第的电磁感应现象后，发现了确定感生电流方向的定律─楞次定律。楞次定律说明电磁现象也遵循能量守恒定律。8–––将单位正电荷从电源负极经由电源内部移到正极，非静电力所作的功1.电动势qFEqFE非非电场中IIε静电力非静电力lEqlFqAdd非非非9方向：负极内部正极lEqlFqAdd非非非即使导体回路不闭合,甚至仅是一假想回路,只要回路中磁通变化,就一定有感应电动势;但回路要闭合,才有感应电流IIε10tmdd叙述:导体回路中的感应电动势的大小与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比。负号是楞次定律的要求。3．法拉第电磁感应定律所以也可这样做：（1）直接用算大小dtdm（2）楞次定律定方向利用法拉第电磁感应定律求的关键：求m11磁通链数（或全磁通）:321Ψttd)d(dd321若有N匝线圈，彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为1、2、3ttdddd21tNtdddd若每匝磁通量相同设闭合导体回路中的总电阻为R，由全电路欧姆定律得回路中的感应电流为:tΦRRIiidd112例1空间上均匀的磁场B=kt(k0)，方向如图。匀速右平动。以导线vab求：t时刻回路中的感应电动势。l60nBabv13解：smdsB60cosxldxB060cosBlx21Blvt21221klvtdtdmklvt楞次定律定方向：ab.l60nBabvB=kt(k0)14lvIadacb×B例2.一长直电流I，与之共面的abcd线框以向右匀速平动。v求：任意时刻t，线框中感应电动势的表达式解：xIBt20时刻：mmdaxxldxxI20xaxIlln20dxx15dtdmdtdxxaxxaxxIl202vaxxaIl)(20方向：楞次定律xaxIlmln2016例3.若上题中v=0，I=I0sint，则结果如何？解：xaxIlmln20dtdmtIxaxlcosln002方向：楞次定律lvxIadacb17§2动生电动势dtdmsmsdB18一、动生电动势)(BvefBvefE非ldE非DCldBv)(vCD－+f洛仑兹力提供非静电力19vCD－+ld)(BvDCldBv)(CDldBv)(vBllvBCDdcosDC方向：负号表示20二、动生电动势的计算)(DCldBv1.磁场均匀d)2cos(RvBBAvBR2vBvldABR例21例BvabvldlBvbad)(lvBbadcosllBL0dcos221Bl22Ix×r0BoA例求当金属棒转到与水平方向成角时,棒内感应电动势的大小和方向.)(BvldLldBv)(AvBdl0AdlxIl002)(解：首先确定的方向，Bv方向。选定ld2.磁场不均匀)(DCldBv23cos0lrxAdllrIl000)cos(2)(LdllrlI000cos200020coslncoscos2rLrrLI方向Ix×r0BoA)(Bvld24例5.求回路中的动生电动势。I45acbmlv)(20bavmIlab0ca解：25bc:dlvBldBv45cos)(vBdxcbbcvBdxlmmdxxIv20mlmIvln20mlmlIvbcabln20I45acbmlvldxx+dx)(Bv)(bc的方向，Bv首先确定方向。选定ld26)Bv(efLavbvfFLffFvvVV洛仑磁力合力做功的功率为：)vv()ff(VFLvfvfLBvvevevB0)Bv(ef+Lf－引起动生电动势的非静电力是洛仑磁力，而电动势是将单位正电荷从电源负极经由电源内部移到正极，非静电力所作的功，这个非静电力是洛仑磁力，而洛仑磁力对运动电荷不做功。这不就有矛盾吗？27§3感生电动势一、感生电动势涡旋电场dtdm－sdBdtd若区域不动sdtB–––感生电动势28感生电动势的的非静电力：涡旋电场力。0ddtBI涡旋电场力：变化的磁场激发的作用在电子上的某种力dtdm感生电动势的计算，产生图示电流例：假设0ddt291.自由移动的电荷2.使其定向运动的电场产生持续电流条件：电流方向总是沿电场方向涡旋电场的电力线形成闭合回路线圈中插入介质,或是真空,涡旋电场依然存在麦克斯韦提出假设:即使不存在导体回路,变化的磁场也会在周围空间激发涡旋电场0ddtBI30靶电子枪实验一：电子感应加速器NS涡旋FB增加涡E利用涡旋电场加速电子的加速器已在核物理和医学上得到广泛的应用。31将导体放入变化的磁场中时，由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使电荷运动，形成涡电流。0ddtBI涡涡电流321.涡电流的应用1)高频感应炉的应用在冶金工业中，某些熔化的活泼稀有金属在高温下容易氧化，将其放在真空环境中的坩埚中，坩埚外绕着通有交流电的线圈，对金属加热，防止氧化。抽真空332)用涡电流加热金属电极在制造电子管、显像管或激光管时，在做好后要抽气封口，但管子里金属电极上吸附的气体不易很快放出，必须加热到高温才能放出而被抽走,利用涡电流加热的方法，一边加热，一边抽气，然后封口。抽真空接高频发生器显像管343)电磁炉在市面上出售的一种加热炊具----电磁炉。这种电磁炉加热时炉体本身并不发热，在炉内有一线圈，当接通交流电时，在炉体周围产生交变的磁场，当金属容器放在炉上时，在容器上产生涡电流，使容器发热，达到加热食物的目的。电磁炉不能使用诸如玻璃、铝、铜的容器加热食品，应使用导磁性能较好的材料制成的容器，如铁皮锅、铸铁锅、含铁不锈钢锅，以及底部是含铁材料的锅具等。原因是铁是导磁体，磁场可在整个锅底部分产生涡流，而铝、铜（弱磁性）等金属不导磁。354)电度表记录电量电度表记录用电量，就是利用通有交流电的铁心产生交变的磁场，在缝隙处铝盘上产生涡电流，涡电流的磁场与电磁铁的磁场作用，表盘受到一转动力矩，使表盘转动。oo’363.涡电流的危害由于涡电流在导体中产生热效应，在制造变压器时，就不能把铁心制成实心的，这样在变压器工作时在铁心中产生较大的涡电流，使铁心发热，造成漆包线绝缘性能下降，引发事故。因此在制作变压器铁心时，用多片硅钢片叠合而成，使导体横截面减小，涡电流也较小。变压器铁芯对于电动机的转子和定子也都是用片状的软磁性材料叠合制成的。37涡旋电场的环路定理tlEddd涡StBSBtdlEdddd）（涡环路包围面积38RB解：管内rR,22rdtdBrEr2ArErrrE补例：长直螺线管内部磁场均匀分布，半径为R，)0(AdtdB常量求：螺线管内、外涡旋电场的分布SLrsdtBldE39管外rR,sdtBrESr22RdtdBrAREr222Ar(rR)rAR22(rR)方向由楞次定律确定。rErERBr40D[]AB(A)电动势只在导线AB中产生。继续讨论:在圆柱空间内有一磁感应强度为B的均匀磁场，如图所示。B的大小以速度dB/dt变化。在磁场中有A、B两点，其间可放直导线AB和弯曲的导线AB，则（B）电动势只在AB导线中产生。（C）电动势在AB和AB中都产生，且两者的大小相等。（D）AB导线中的电动势小于AB导线中的电动势。41连接AO与OB分别与AB、AB组成闭合回路L。ABSLrStBlEdd包含AB的闭合回路L扇形面积S11dddSABrLrStBlElE包含AB的闭合回路L三角形面积S22dddSABrLrStBlElEB/t一致，且S1S2AB导线中的电动势小于AB线中的电动势。42静电场E0感生电场Ek起源由静止电荷激发由变化的磁场激发电力线形状电力线为非闭合曲线电力线为闭合曲线0ddtBEk静电场为有源场感生电场为无源场感生电场与静电场的区别43静电场E0感生电场Ek电场的性质保守场,可引入势(能)非保守场,不可引入势(能)0d0LlEStBlESLkdd内