2019大学物理二第二篇第9章电磁感应2ppt课件.ppt
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1、作业,作业29下周一交本次作业,第九章 电磁感应,引言,1820年奥斯特实验,电,磁,电,磁,?,1831/10/17,一、电磁感应现象的发现,1.法拉第的发现,1831年法拉第总结出以下五种情况都可产生电流:变化着的电流,运动着的恒定电流, 在磁场中运动着的导体,变化着的磁场,运动着的磁铁。,称该电流为感应电流 称该现象为电磁感应现象,2.电磁感应现象发现的伟大意义!,全面地揭示了电和磁的联系为人类生活电气化打下了基础,1 法拉第电磁感应定律2 动生电动势3 感生电动势和感生电场4 互感与自感5磁场的能量,目 录,第九章电磁感应,9.1 法拉第电磁感应定律,1832年法拉第发现,在相同的条件
2、下,不同金属导体中产生的感应电流的大小, 与导体的电导率成正比。,他意识到:感应电流是由与导体性质无关的电动势产生的; 即使不形成导体回路,这时不存在感应电流,但电动势却仍然有可能存在。 称这种电动势为感应电动势,外电路:正电荷在静电场力的作用下从高电势向低电势运动。,内电路:正电荷在非静电力的作用下从低电势向高电势运动。,电动势,非静电力,为非静电场的场强,电源的电动势,在电源内将单位正电荷从负极移动到正极的过程中非静电力所作的功,回路中的电动势,感应电动势产生的原因感应电动势的大小感应电动势的方向,法拉第电磁感应现象要回答三个问题,实验一,当磁铁插入或拔出线圈回路时,线圈回路中会产生电流,
3、而当磁铁与线圈相对静止时,回路中无电流产生。,1、电磁感应现象,9.1 法拉第电磁感应定律,实验二,以通电线圈代替条形磁铁,当载流线圈 B 相对线圈 A 运动时,线圈 A 回路内会产生电流。,当载流线圈 B 相对线圈 A 静止时,若改变线圈 B 中的电流,线圈 A 回路中也会产生电流。,实验三,将闭合回路置于稳恒磁场 B 中,当导体棒在导体轨道上滑行时,回路内产生电流。,结论:,当穿过闭合回路的磁通量发生变化时,不管这种变化是由什么原因导致的,回路中有电流产生。,电磁感应现象中产生的电流称为感应电流,相应的电动势称为感应电动势。,法拉第认为, 当通过回路的磁力线根数(即磁通量)变化时, 回路里
4、就会产生感应电流,从而揭示出了产生感应电动势的原因。,当穿过回路所包围面积的磁通量发生变化时,回路中产生的感应电动势的大小与穿过回路的磁通量对时间的变化率成正比。,2、法拉第电磁感应定律,式中的负号反映了感应电动势的方向,是楞次定律的数学表示。,关于表达式中的“负号”,(1) 先选定回路正方向,(2由此确定回路所包围面 积的正法线方向,(3若感应电动势方向沿回路正方向,那么,当穿过闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生变化时,回路中将产生感应电流。,1 法拉第电磁感应定律,的正方向:L 的方向,的正方向:与L 成右手螺旋,感应电动势:,:电动势的实际方向与闭合回路 的正方向一致,:电动势的实际方
5、向与闭合回路 的正方向相反,闭合回路,电动势的实际方向与选取的正方向无关,与 的增减有关,正方向的选取影响 和 的计算结果,N 匝相同的线圈组成回路,经过 N 匝线圈的全磁通,回路中的感应电流,楞次定律:,感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。,楞次定律的本质是能量守恒定律,“负号是楞次定律的数学表示,感应电流所激发的磁场总是抵抗或补偿回路中磁通量的变化。,例1、导线 a b 弯成如图形状,半径 r = 0.10 m , B = 0.50 T , 转速 n = 3600 转/分。电路总电阻为1000 。求:感应电动势和感应电流以及最大感应电动势和最大感应电流。,解,选回路的顺时针方向为环绕
6、方向即正方向,解:,例2、一长直导线通以电流 ,旁边有一个共面的矩形线圈 a b c d 。求:线圈中的感应电动势。,选回路的顺时针方向为环绕方向即正方向,根据磁通量变化的不同原因,把感应电动势分为两种情况加以讨论。,感应电动势,动生电动势,感生电动势,感应电动势的分类:,9.2. 动生电动势,磁场中的导线运动、形状变化而产生的电动势。,运动导体内的电子受到洛仑兹力作用,i,非静电场:,方法一,例3、一矩形导体线框,宽为 l ,与运动导体棒构成闭合回路。如果导体棒以速度 v 作匀速直线运动,求回路内的感应电动势。,例3、一矩形导体线框,宽为 l ,与运动导体棒构成闭合回路。如果导体棒以速度 v
7、 作匀速直线运动,求回路内的感应电动势。,解,电动势方向 ab,方法二,例4、一根长为 L 的铜棒,在均匀磁场 B 中以角速度 在与磁场方向垂直的平面内作匀速转动。求棒两端之间的感应电动势。,解,o,a,动生电动势方向:a o,方法一,方法二,例5、一长直导线中通电流 I = 10 A ,有一长为L = 0.2 m 的金属棒与导线垂直共面。当棒以速度 v = 2 m/s 平行与长直导线匀速运动时,求棒产生的动生电动势。,解,dx,9.3、感生电动势 感生电场,导体回路不动,由于磁场变化产生的感应电动势叫感生电动势。,产生感生电动势的非静电力,,不是静电力,不是洛仑兹力,,只可能是一种电场力。,
8、产生这种力的电场是由于磁场的变化引起的,所以叫感生电场。,1861年,麦克斯韦提出了感生电场的假设,变化的磁场在周围空间要激发电场,称为感生电场。感生电流的产生就是这一电场作用于导体中的自由电荷的结果。,B 添加,I,周围空间都有激发电场,导线圈只起探测器作用。,电场线闭合,感生电动势:,感生电场的环流不等于零,,表明感生电场为涡旋场,又称“涡旋电场”。,感生电场与静电场的区别:,(1静电场由静止电荷产生,而感生电场由变化的磁场激发。,(2静电场是保守场,环流为零,其电场线起始于正电荷,终止于负电荷。而感生电场为非保守场,环流不等于零,其电场线为闭合曲线。,例6、均匀磁场分布在半径为 R 的圆
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