清华大学陈信义教授 电磁学(第三册)课件(完整版)电磁学(第三册)第10章 电磁感应
51页1、2005年春季学期 陈信义编,第10章 电磁感应,电磁学(第三册),1,电磁感应现象揭示了电与磁之间的联系和转化,为人类获取电能开辟了道路,引起了一场重大的工业和技术革命。,电流磁场,磁场电流?,经过失败和挫折(18221831),法拉第终于发现:感应电流与原电流的变化有关,而与原电流本身无关。,在恒定电流的磁场中,导线中无电流法拉第感到迷惑。,2,1831年法拉第总结出以下五种情况都可产生感应电流: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。,3,1832年法拉第发现,在相同的条件下,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。,他认为,当通过回路的磁力线根数(即磁通量)变化时,回路里就会产生感应电流,从而揭示出了产生感应电动势的原因。,他意识到:感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的;即使不形成导体回路,这时不存在感应电流,但感应电动势却仍然有可能存在。,4,10.1 法拉第电磁感应定律,10.3 感生电动势和感生电场,10.5 自感,10.2 动生电动势,10.4 互感,10.6 磁场的能量,10.7 超导的电磁特性(教
2、材P354-368),目 录,【演示实验】发光二极管演示电磁感应、万用变压器演示涡流(跳圈、加热)、涡流的阻力(磁体在铝管内运动)、涡流阻尼摆、超导磁悬浮列车,5,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。,10.1 法拉第电磁感应定律,闭合导体,闭合回路,的正方向:L 的方向,的正方向:与L 成右手螺旋,感应电动势:,【演示实验】发光二极管演示电磁感应,6,感应电流的磁场 阻碍磁通量的变化,7,N 匝线圈情况:,电磁灶和变压器铁芯,异步电动机,【演示实验】万用变压器演示涡流(跳圈、加热)、涡流的阻力(磁体在铝管内运动)、涡流阻尼摆,8,磁通可按不同方式变化,感应电动势,:感生电动势,一般情况:磁场变化 同时 回路运动,:动生电动势,磁场变化、回路静止,磁场恒定、回路运动,【思考】非静电力是什么?,9,10.2 动生(motional)电动势,回路或其一部分相对恒定磁场运动,引起穿过回路的磁通变化 动生电动势。,非静电力:,动生电动势:,【思考】点b、a间的电势,10,11,【例】Lorentz 力不作功,只传递能量。,Lorentz 力不作功是指,12,
3、外力作功 感生电流能量,13,【例】法拉第圆盘(金属),R 切割 B 线 动生电动势,14,10.3 感生电动势和感生电场,场的观点:变化的磁场在其周围空间激发感生电场 产生感生电动势的非静电力场,15,微分形式:,“变化的磁场会激发电场”,16,【例】电子感应加速器(Betatron),B 轴对称E感 轴对称,?,加速,Lorentz力 指向圆心,17,任何电场都可以写成,其中,因此,任何电场都满足,18,真空中电场的基本规律,微分形式:,积分形式:,19,计算感应电动势的两个公式,1、通量法则,2、按感生和动生电动势计算,20,10.4 互感,互感电动势不仅与电流改变的快慢有关,而且也与两个线圈的结构以及它们之间的相对位置有关。,一个线圈中电流的变化,在另一线圈中产生感应电动势,这称为互感现象。这种电动势称为互感电动势。,21,21 I1 的磁场B1通过线圈2的磁链,由毕奥萨定理:,M21线圈1对2 的互感系数,的正向与 成右手螺旋。,22,感生电动势:,2、线圈2 电流I2变化 线圈1感生电动势,M12 线圈2对1 的互感系数,23,可以证明(P339 例10.9),无铁磁质时,
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