電磁感應(yīng)哈工程PPT課件

1、Rv22lBIBlF方向沿 軸反向ox棒的運(yùn)動(dòng)方程為Rvv22ddlBtm則ttlB022ddmRvvvv0計(jì)算得棒的速率隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系為tlB)(22emR0vvF+lRBvoxMN第1頁(yè)/共32頁(yè) 設(shè)abcd為形狀不變的線圈，匝數(shù)為N，面積為S，使這線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞固定的軸線OO轉(zhuǎn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與 OO軸垂直。當(dāng)線圈平面的法線n與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間夾角為時(shí)，通過(guò)每匝線圈平面的磁通量為 =BScos發(fā)電機(jī)的實(shí)際工作原理 RiooBnabcd第2頁(yè)/共32頁(yè) 當(dāng)線圈以O(shè)O為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，夾角隨時(shí)間改變，所以也隨時(shí)間改變。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，N匝線圈中所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)為： dtdNBS

2、dtNdi/sin/式中d/dt =是線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度。如果是恒量，設(shè)在t = 0時(shí)，= 0，那末在t 時(shí)刻，=t，即得:tNBSisin令NBS=m，表示當(dāng)線圈平面平行于磁場(chǎng)方向的瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也就是線圈中最大感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的量值，這樣tmisin第3頁(yè)/共32頁(yè) 由上式可見(jiàn)，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)是隨時(shí)間作周期性變化的，周期為2/。在兩個(gè)連續(xù)的半周期中，電動(dòng)勢(shì)的方向相反，這種電動(dòng)勢(shì)叫做交變電動(dòng)勢(shì)。在交變電動(dòng)勢(shì)的作用下，線圈中產(chǎn)生交變電流：I=Im sin(t-)第4頁(yè)/共32頁(yè) vab例4、在勻強(qiáng)磁場(chǎng) B 中，有以半徑為R 的3/4圓周長(zhǎng) 的圓弧導(dǎo)體。以如圖 v 方向運(yùn)動(dòng)。

3、 求：ab=?第5頁(yè)/共32頁(yè) 解I：在導(dǎo)體弧上取微分元dl，則該微分元產(chǎn)生 的電動(dòng)勢(shì)為：l dBVd)(建立如圖坐標(biāo)系，則有jVBBV)(jdyidxldVBdyjdyidxjVBl dBVd)()(RVBVBdydRR22222 vabxyVBdl第6頁(yè)/共32頁(yè)VBdydlVBdlVBl dBVdsin)2cos()(RVBVBdydRR22222 vabxyVBdl 解II：在導(dǎo)體弧上取微分元dl，則該微分元產(chǎn)生 的電動(dòng)勢(shì)為：l dBVd)(建立如圖坐標(biāo)系，則有jVBBV)(第7頁(yè)/共32頁(yè) 例5、如圖，I 長(zhǎng)直導(dǎo)線與直角三角形共面，已知：AC=b, 且與 I 平行，BC=a，若三角形

4、以v向右平移，當(dāng) B 點(diǎn)與長(zhǎng)直導(dǎo)線的距離為 d 時(shí)。求：三角形內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向。ABCvI第8頁(yè)/共32頁(yè)解：vbdaIvBbl dBVAC)(2)(0ddaaIvbdxabvxIdxvxIdlvBl dBVABln22sincos2cos)(0000)(l dBVBC方向：ACABACABABACABAc:ABCvIxvB第9頁(yè)/共32頁(yè)7. 4 閉合回路不動(dòng)，而由于穿過(guò)導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為感生電動(dòng)勢(shì).1、 感生電動(dòng)勢(shì) 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)的大小、方向與導(dǎo)體的種類和性質(zhì)無(wú)關(guān)，僅由變化的磁場(chǎng)本身引起。Maxwell 敏銳地感覺(jué)到感生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象預(yù)示著有關(guān)電磁場(chǎng)

5、的新的效應(yīng)。vNSBI第10頁(yè)/共32頁(yè) Faraday的力線思想深深地吸引了Maxwell Maxwell談到:“法拉第實(shí)驗(yàn)所提供的存在力線的美妙的例子，促使我相信力線是某種實(shí)際存在的東西” 在他的專著電磁通論中寫道：“我主要是抱著給法拉第這些觀念提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的愿望來(lái)承擔(dān)這部著作的寫作工作” 敏銳地感覺(jué)到由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)現(xiàn)象預(yù)示著有關(guān)電磁場(chǎng)的新效應(yīng) 他提出：即使不存在導(dǎo)體回路，變化的磁場(chǎng)在其周圍空間 也激發(fā)一種電場(chǎng)，它提供一種非靜電力 ，這電場(chǎng) 叫做渦旋電場(chǎng)。第11頁(yè)/共32頁(yè)渦旋電場(chǎng)、位移電流都是奠定電磁場(chǎng)存在的理論基礎(chǔ)。從電磁感應(yīng)定律尋求渦旋電場(chǎng)與變化磁場(chǎng)的關(guān)系LkldE電

6、源電動(dòng)勢(shì)的定義：SdtBdtdSrLkrldE又：2、渦旋電場(chǎng)kESdtBl dESLk0LcldESdtBldESL)(kcEEE第12頁(yè)/共32頁(yè) 顯然，渦旋電力線是無(wú)頭無(wú)尾的閉合線，所以稱之為有旋電場(chǎng)。類似于磁力線。SdtBldESLkSLSdjldB00dddktlEL 感生電場(chǎng)是非保守場(chǎng) 和 均對(duì)電荷有力的作用.kE靜E0d LlE靜 靜電場(chǎng)是保守場(chǎng) 靜電場(chǎng)由電荷產(chǎn)生；感生電場(chǎng)是由變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生 .第13頁(yè)/共32頁(yè)2）導(dǎo)體不動(dòng)，磁場(chǎng)變化 感生電動(dòng)勢(shì)引起磁通量變化的原因 1）穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的導(dǎo)體運(yùn)動(dòng) , 或者回路面積 變化、取向變化等 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 3、渦電流 當(dāng)塊狀金屬放在變化的磁場(chǎng)中時(shí)

7、，或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在導(dǎo)體內(nèi)自行閉合，稱之為渦電流第14頁(yè)/共32頁(yè)渦電流應(yīng)用：有益如工業(yè)上利用這種熱效應(yīng)制成的高頻感應(yīng)電爐來(lái)冶煉金屬；有害如電機(jī)和變壓器中為了增強(qiáng)磁場(chǎng)，都采用鐵芯，這樣要消耗大量的能量,等。第15頁(yè)/共32頁(yè)第16頁(yè)/共32頁(yè)4、渦旋電場(chǎng)與渦電流的應(yīng)用(1) 電子感應(yīng)加速器（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）橫截面示意圖（c）真空管俯視圖第17頁(yè)/共32頁(yè)問(wèn)題的提出：1.磁場(chǎng)的方向變化渦旋電場(chǎng)變化 電子有時(shí)加速、有時(shí)減速； 2.電子受到的洛侖茲力必須指向圓心 但在一個(gè)周期內(nèi)磁場(chǎng)的方向變化。第18頁(yè)/共32頁(yè)此時(shí)環(huán)行真空室中只有恒定的磁場(chǎng)，電子在室內(nèi)只做勻速

8、圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)激勵(lì)電流增加時(shí)，真空室中既有磁場(chǎng)又有有旋電場(chǎng)，電子在其中得到加速。磁場(chǎng)變化越快，電子的加速越明顯。(2) 利用渦電流的阻尼作用電動(dòng)阻尼器電動(dòng)阻尼器視頻演示：第19頁(yè)/共32頁(yè)隨著航天事業(yè)的發(fā)展，模擬微重力環(huán)境下的空間懸浮技術(shù)已成為進(jìn)行相關(guān)高科技研究的重要手段。目前的懸浮技術(shù)主要包括電磁懸浮、光懸浮、聲懸浮、氣流懸浮、靜電懸浮、粒子束懸浮等，其中電磁懸浮技術(shù)比較成熟。 電磁懸浮技術(shù)簡(jiǎn)稱EML技術(shù)。它的主要原理是利用高頻電磁場(chǎng)在金屬表面產(chǎn)生的渦流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬球的懸浮。 (3) 空間電磁懸浮技術(shù)簡(jiǎn)介 將一個(gè)金屬樣品放置在通有高頻電流的線圈上時(shí)，高頻電磁場(chǎng)會(huì)在金屬材料表面產(chǎn)生一高頻渦流，這

9、一高頻渦流與外磁場(chǎng)相互作用，使金屬樣品受到一個(gè)洛淪茲力的作用。在合適的空間配制下，可使洛淪茲力的方向與重力方向相反，通過(guò)改變高頻源的功率使電磁力與重力相等，即可實(shí)現(xiàn)電磁懸浮。一般通過(guò)線圈的交變電流頻率為104105Hz 。（ 參考文獻(xiàn)：物理，25-9（1996），565567 ） 第20頁(yè)/共32頁(yè)第21頁(yè)/共32頁(yè)月球能源引極大關(guān)注 氦-3可供人類上萬(wàn)年能源需求 有中國(guó)“探月計(jì)劃第一人”之稱的中科院院士、中國(guó)登月計(jì)劃首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)今天表示，月球上的氦-3可供人類上萬(wàn)年能源需求。 歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士說(shuō)，月球的能源一直引起地球人類極大的關(guān)注，有兩種能源可供地球使用，一種是太陽(yáng)能，月球密度比地球上大

10、得多，沒(méi)有任何建筑 物，所以月球上有無(wú)限制的地方鋪設(shè)太陽(yáng)能電磁板。月球的白天有14天，科學(xué)家認(rèn)為月球的太陽(yáng)能傳輸?shù)降厍虿怀蓡?wèn)題，也許最好的途徑是用微波傳輸。 另外一個(gè)月球的資源就是可控核聚變的發(fā)電?？煽睾司圩儼l(fā)電是1938年有人提出來(lái)的。在上世紀(jì)五十年代，氫彈實(shí)驗(yàn)成功以后，大家都覺(jué)得完全 可以利用這種核反應(yīng)的方式，對(duì)人類做出切實(shí)的貢獻(xiàn)。所以，50年以來(lái)，已經(jīng)建了200多臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)該說(shuō)對(duì)可控核聚變?nèi)〉昧酥卮蟮倪M(jìn)展。1998年完成 了國(guó)際熱核反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)，現(xiàn)在7個(gè)國(guó)家聯(lián)合起來(lái)，包括中國(guó)在內(nèi)，準(zhǔn)備在2020年共建一個(gè)熱核反應(yīng)堆，大約投資100億美元。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士認(rèn)為，假如能建 成的話，這將是人類

11、一個(gè)巨大的進(jìn)步，必然會(huì)成為全球最終極解決能源問(wèn)題的一個(gè)方式。 歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士說(shuō)，對(duì)于地球的人類來(lái)說(shuō)，能源的問(wèn)題完全不值得悲觀。月球上的氦-3能釋放出巨大的能量，產(chǎn)生氦-4。而且氦-3是穩(wěn)定的，沒(méi) 有放射性。所以，現(xiàn)在大家公認(rèn)月球上的氦-3將是人類社會(huì)長(zhǎng)期穩(wěn)定，安全、清潔、廉價(jià)的可控核聚變的能源原料。假如我們能夠使用這種能源的話，全中國(guó)能源 的需求，需要的氦-3總量10噸就夠。所以，俄羅斯地球化學(xué)研究所所長(zhǎng)說(shuō)，每年只要派4架航天飛機(jī)到月球上運(yùn)回氦-3回來(lái)的話，可以供全世界用一年。因 此，月球上的氦-3可供人類上萬(wàn)年的需求。第22頁(yè)/共32頁(yè)例1、一半徑為R的長(zhǎng)直螺線管，dB/dt0，且為常數(shù)。在其

12、內(nèi)放一導(dǎo)線ab，長(zhǎng)為l.求：1）管內(nèi)外的渦旋電場(chǎng)；2）ab上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；3）當(dāng)ab=bc=R時(shí)，ac上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。abO c第23頁(yè)/共32頁(yè)解： （1）如圖，因dB/dt0，所以渦旋電場(chǎng)的方 向?yàn)槟鏁r(shí)針。規(guī)定：逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎ddtBdldE由在管內(nèi)取半徑為r的同心環(huán)路，管內(nèi)則有dtdBrErdtdBEr222管外則有dtdBrRERdtdBEr222方向沿逆時(shí)針。第24頁(yè)/共32頁(yè)（2）如圖，選閉合回路 oab 三角形，oabababboaboaSdtdBldEldEldEldESddtBdldE:得由dtdBlhSdtdBoabab21即：另解：dtdBlhdxrhdtdBrdxE

13、l dEbababaab212cosOabcBhEdxx第25頁(yè)/共32頁(yè)OabcBd(3) 同理?)(obdoabcaacSSdtdBldEldE第26頁(yè)/共32頁(yè)例2、一半徑為R的3/4園弧導(dǎo)體，以v在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)。在t時(shí)刻，磁場(chǎng)以dB/dt的速率減少，圓弧圓心處于磁場(chǎng)中心。求：此時(shí)導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 vcao第27頁(yè)/共32頁(yè)解：由于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，由上講結(jié)果vBRac2動(dòng)方向：a c 由于磁場(chǎng)變化，存在感生電動(dòng)勢(shì)，所以感動(dòng)ac感生電動(dòng)勢(shì)求解I：取如圖oac閉合回路，則有 vcaodtdBSldEdtdBRE2232RdtdBRdlEac感第28頁(yè)/共32頁(yè)感生電動(dòng)勢(shì)求解II：取如圖oac閉合回路，則有 vcaooacacaccoacoaSdtdBl dEl dEl dEl dESddtBdl dE得由dtdBRSdtdBoacac432感 方向：順時(shí)針。vBRdtdBRac2432第29頁(yè)/共32頁(yè)例3、用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)測(cè)鐵磁質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度N2 線圈的總電阻是R，產(chǎn)生的電流為：1N2N鐵磁樣