[电子行业]电磁感应(ppt81页)

来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载第十二章电磁感应来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§12-1非静电力电源电动势§12-2法拉第电磁感应定律§12-3动生电动势§12-4感生电动势涡旋电场§12-5自感和互感§12-6磁场的能量1.掌握用法拉第定律计算感生电动势及判断方向；2.理解感生电动势和动生电动势的产生原因；3.理解涡旋电场与静电场的区别；4.了解自感与互感，能计算简单回路的L，M；5.能计算简单磁场的磁能Wm。教学要求来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载麦克尔․法拉第:1791-1867,英国物理学家、化学家，1831发现电磁感应定律，1834年发现电解定律，提出电场和磁场概念，还提出：电介质、电解质、离子、阴离子、阳离子、力线、阳极、阴极、电极、抗磁、顺磁…….导言来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载楞次:1804-1865，俄籍德国物理学家，1833年总结出楞次定理，它表明电磁现象也同样遵守能量转换和守恒定律。约瑟夫․亨利:1797-1878,美国物理学家，先于法拉第发现电磁感应定律，只是没有及时发表，发现自感现象。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§12-1非静电力电源电动1.非静电力图中，A，B为电容器极板，开始时，，在电场力作用下，正电荷从A板经导线到了B板与负电荷中和，极板上的电荷减少，电势差减小，很快达V=0，瞬间电流停止。结论：单靠静电力不能维持稳恒电流。BAVVRAB来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载为了维持电流，必须使到B板的正电荷经另一路径回到A极，但静电力是阻止正电荷从低电势运动到高电势。RABRAB非F电源的作用：提供非静电力把正电荷从低电势的B极沿电源内部移到高电势的A极，从而维持两极电势差。非F非静电场qFE非非来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2.电动势把单位正电荷经电源内部绕行闭合回路一周时非静电力所作的功定义为电源的电动势llEd非RAB非F）电源内（非ABlEd电动势为标量，把电源内部电势升高的方向规定为电动势的方向（即从负极经电源内部指向正极的方向）。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§12-2法拉第电磁感应定律1.电磁感应现象法拉第在1831年的8月29日用下面的这个仪器发现了电磁感应现；来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载电磁感应的演示实验)。日期:10.17日期:10.1导线在磁场中运动。abGG线圈磁铁来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载只有当磁铁和线圈两者之间有相对运动时（一方必须相对另一方运动）回路里才会有电流出现；当相对运动停止时电流消失。在这个试验中的感应电动势和感应电流明显是由于某种物质改变了而产生的——但是这里的某种物质到底是什么呢？法拉第知道！！相对运动来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定理，用实验的术语来说就是：当穿过回路的磁场线（磁通量）数目发生变化时，回路（线圈）里会有感应电动势mBm变化来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载利用磁通量的概念，我们可以用更有用的方式即定量的方法来描述法拉第定理：dtdm正如你下面所看到的，感应电动势与磁通量的改变在形式上是相反的。因此，法拉第定理的形式可以写为：dtdm(SI)来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载负号表示相反:Bm增加nldBm减少nld来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载楞次定理：当穿过闭合的导线回路所包围面积的磁通量发生变化时，在回路中就会有感应电流，此感应电流的方向总是使它自己的磁场穿过回路面积的磁通量去抵偿引起感应电流的磁通量的改变。感应电动势的方向就是感应电流的方向。Bm减少nld来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载楞次定律:磁通量的变化感应电流闭合回路中产生的感应电流具有确定的方向，总是使感应电流所产生的通过回路面积的磁通量，去补偿或反抗引起感应电流的磁通量的变化。试用楞次定律判断上例中感应电动势和感应电流的方向。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载我们改变穿过线圈或者回路的磁通量的一般方法有：Bm1)改变的大小；B2)改变线圈或回路的面积（例如，拉宽线圈或将线圈由磁场中滑进滑出等）；3)改变和线圈平面之间的夹角。B来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载例12-1:如图所示，棒ab长为，沿两平行的轨道以速度v在均匀的磁场中运动，求回路中的感应电动势。Babcdx解：（1）选回路方向abcda;(2)设t时刻da=x,计算磁通量：cos)(xBtm（3）应用法拉第定理,有：dt)t(dm（4）感应电动势的大小为，方向。cosvBabcosvBdtdxcosB来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载例12-2:如图所示，棒ab长为，沿两角形的轨道以速度v在均匀的磁场中运动，求回路中的感应电动势。Babcdx解：（1）选回路方向abda;(2)设t时刻da=x,计算磁通量：cosBS)t(abdm（3）应用法拉第定理,有：dt)t(dm（4）方向：abxcosBtgcostgtBvcostgBtv来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载例12-3:如图所示，长直导线中通有，旁有一矩形线框静止不动，两长边与直导线平行，求回路中的感应电动势。tIIcos0rbxadrtcosIIABDC解：（1）选回路方向ABCDA;(2)设t时刻的方向垂直于板面向里,计算磁通量：BBbdrdmdrrIb)t(axxmbdrrIxaxlnIb来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载（3）应用法拉第定理,有：xaxlndtdIb（4）方向：随时间而变化。rbxadrtcosIIABDCxaxlntsinbI来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载例12-4:如图所示,回路电阻为R，t1-t2时间穿过回路的磁通量由1-2，求这段时间内穿过回路任一截面的感应电荷量。ttIdtdq解：（1）t时刻回路中的电动势和电流为：dtdmdtdRIm1（2）dt时间内通过的电量：dtdtdRIdtdqm所以：)(121RQRdm来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载基本步骤：•选定回路方向；•计算任意时刻的磁通量；•应用法拉第定理求感应电动势及其它；•讨论感应电动势（或电流）的方向。来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载1.导言改变磁通量的方法：说明:为什么及其重要性。§12-3动生电动势BB•使导体发生运动(固定);•是变化的，导体是静止的；•是变化的，导体也是运动着的。B来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载在运动的导体的情况下:非静电力是什么?abGvF洛仑兹力动生电动势来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载在B变化，导体静止的情况下：G非静电力是什么?1861年，麦克斯韦：感应电场。nEnEqF涡旋电场力感生电动势来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2.动生电动势abGvF导体运动电子运动洛仑兹力:BveF)(非静电力：BveFE)(非感应电动势:dtdldBvldEm)(非来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载(1)对于导体AB上的感应电动势,上面那个公式又可改写为：BAldBv)((2)如果AB没有形成一个回路，这里也就不存在感应电流：BvABCopper铜Wood(木)NobrokenNo注意:来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载BAldBv)((3)对导体AB，电荷堆积在AB两端点，产生静电场，平衡后，AB相当于电源，正负两极的电势差为：BAABldBvUU)(：低电势指向高电势，非静电力做功大小的量度；：电场力做功大小的量度；ABUUBvAB来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载abG（4）如果AB是直的，且如图所示的为一个均匀磁场。就有：BldvvBlldBvab)(电势要比电势高。aUbU来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载例12-5：例12-3(英文版)或31-2(中文版).0Bvrda解：（1）选：oa；（2）oa旋转，其上各点的速度不同，取dr，有：ld)Bv(d（3）oa上的动生电动势为：aodr)Br(oaLvBdrBrdrLB来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载（4）的方向：；oao端的电势高，a端的电势高低。（5）一般情况：Bab?21abLobLoaBa?oaLoa来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载例12-6：如图，长直导线中通有电流I，旁有一直导体AB以速度运动，求AB中的动生电动势，A和B哪点的电势高？v解：(1)磁场非均匀，不随时间变；导体运动，速度不变。(2)选：；取dr,有：BAr)Bv(dd(3)AB上的动生电动势：badrrIvrrIvrvBddablnIvabvdrrIAB来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载(4)动生电动势的大小为：方向：，A点电势高。abIvln20AB(5)一般情况：abvdlrIAB来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载§12-4感生电动势有旋电场GKG1.导言变化的磁场感应电流非静电力?非F试验研究表明:导体不动,磁场变化,回路中的感应电动势与组成回路的材料性质无关,只与磁场的变化相关.B变,回路不动B1861年,麦克斯维认为即使不存在导体回路,变化的磁场会在其周围激发出一种场:变化的磁场产生一种电场。他把这种场称为:感应电场或涡旋电场nE这是麦克斯韦为统一电磁场理论作出的第一个重大假设!!来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载涡旋电场的特点:•与静电场的共同点就是对电荷有相互作用:•涡旋电场不是由电荷激发的,而是由变化的电场所激发;•涡旋电场的电力线是闭合的,不是保守场:BnEnEqF0SnSdE来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载2.感生电动势:涡旋电场对电荷的作用力,就是产生感生电动势的非静电力.tlEmniddd所以:BnEld来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载注意:(1)对于导体运动磁场也变化的情况,电荷将同时受到洛仑兹力和涡旋电场的作用,感应电动势由法拉第定理求出:tmiddabGB变化来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载电动势(2)回路不动,磁场变化,如果回路由导体组成,存在感应电流,除与磁场的变化有关外,还决定于回路的电阻;如果不是导体回路,感生电动势存在,没有感应电流.没有电流铜木来自www.cnshu.cn中国最大的资料库下载3一个重要的例子:例13-8（中文书）:均匀磁场B被局限在半径为R的空间,磁场对时间的变化率为,求柱体内外的涡旋电场场强.0dtdB解:(1)对称性分析:磁场对称涡旋电场对称分布(2)如图取回路:大小相等,方向沿切线方向;nEIIIIIIIrORnEld来自