[理化生]磁場與電磁感應ppt課件

1、第七章 磁場與電磁感應7-1 磁場磁場 磁感應強度磁感應強度7-2 磁場對運動電荷的作用力磁場對運動電荷的作用力7-3 磁場對載流導線的作用磁場對載流導線的作用7-4 物質的磁性物質的磁性7-5 電磁感應電磁感應7-6 電磁場實際電磁場實際Medical induction coil from the eighteenth century. This quack device was used to give a patient therapeutic electric shocks. At the time, these were believed to cure a number of a

2、ilments. 第七章 磁場與電磁感應7-5 電磁感應電磁感應( Electromagnetic induction )Michael Faraday (1791-1867), British chemist and physicist. Faradays major work was in the areas of magnetism and electricity, where he suggested the concepts of electric and magnetic fields. He did early work on the electric motor (1821),

3、 and induction, transformers and the dynamo (all 1831). He also gave lectures at the Royal Institution, London, that popularized science with the public. 第七章 磁場與電磁感應Induced current. Two students preparing apparatus for inducing current in a coil. They are about to drop a magnet through the coil. An

4、oscilloscope attached to this will measure the changes in current. Electricity is generated, or induced, when a wire moves through a magnetic field. This principle is exploited in electricity generators, which spin a coil between magnets to convert rotary motion into electrical energy. 第七章 磁場與電磁感應+

5、+ + +- - - -Ua Ub 僅有靜電場力不能維持穩(wěn)恒電流.要維持穩(wěn)恒電流,除靜電力之外還必需存在非靜電場力.v 電源外部靠靜電力作用使電荷運動.v 電源內部靠非靜電力抑制靜電力作用使電荷運動.v 電源:提供非靜電力的安裝電源電源 FkIEE電池電池 化學作用化學作用發(fā)電機發(fā)電機 電磁感應電磁感應光電池光電池 光電效應光電效應第七章 磁場與電磁感應+ + + +- - - -Ua Ub電源電源 FkIEEv 電動勢的定義: 單位正電荷從電源負極經過電源內部移到電源正極時,非靜電力作的功akbFdlv 電源的電動勢由電源的性質決議,與外電路的性質及其能否接通沒有關系,它反映電源內非靜電力作

6、功的身手.v 電動勢是標量,但有方向.規(guī)定從負極板指向正極板為電動勢的正方向.單位:伏特(V)符號:第七章 磁場與電磁感應 當穿過閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時, 回路中會出現電流，這種景象稱為電磁感應.感應電流感應電動勢 (Induction electromotive force) 正比于磁通量對時間變化率的負值.tmdd7.5.1 電磁感應定律電磁感應定律負號：感應電動勢的方向總是對抗引起感應電動勢的磁通量變化.第七章 磁場與電磁感應Btddi 感應電動勢的方向感應電動勢的方向0ddt0idSBS標量1. 磁鐵向上運動磁鐵向上運動2. 磁鐵向下運動磁鐵向下運動d0dti0NSne正方

7、向討論第七章 磁場與電磁感應tddi閉合回路由N 匝密繞線圈組成 t ddi僅適用于單匝導線構成的回路123mmmmN總通量：每匝線圈通量一樣mN磁通匝鏈數磁通匝鏈數磁鏈磁鏈dSBSInduction motor 第七章 磁場與電磁感應改動磁通量的途徑 產生感生電動勢的非靜電場力-感生電場力產生動生電動勢的非靜電場力-洛倫茲力2. 感生電動勢感生電動勢: 導體不導體不動動, 磁場變化磁場變化1. 動生電動勢動生電動勢: 穩(wěn)恒磁穩(wěn)恒磁場中的導體運動場中的導體運動, 或者或者回路面積變化、取向變回路面積變化、取向變化等化等第七章 磁場與電磁感應 變化的磁場在其周圍空間激發(fā)一種電場, 這個電場叫感生

8、電場 .iEidLEl感生麥克斯韋假設tddiidddLt EldSBSiddddLSt ElBSiddLSt BElS第七章 磁場與電磁感應idd0dLt El(2) (2) 靜電場是保守場靜電場是保守場(1) (1) 和和 均對電荷有力的作用均對電荷有力的作用. .iEE靜d0LEl靜感生電場 靜電場 靜電場由電荷產生;感生電場是由變化的磁場產生.(3) (3) 感生電場是非保守場感生電場是非保守場. .iEEE靜ddLSt BElS總電場的環(huán)路定理(4) (4) 來源：來源：第七章 磁場與電磁感應7.5.2 自感自感 (self-induction)第七章 磁場與電磁感應Bi經過回路本身

9、的磁鏈 Li自感 L 取決于回路的幾何性質(大小、外形和匝數)及其中的磁介質的性質 單位：亨利(H) 1 H = 1 s 自感電動勢 tiLLdd當自感 L 不隨時間變化 當經過導體回路的電流發(fā)生變化時，該電流激發(fā)的磁場也隨之變化，使經過回路本身的磁鏈也發(fā)生變化，進而使回路本身產生感應電動勢，這就是自感景象.7.5.2 自感自感 (self-induction)第七章 磁場與電磁感應例7 計算長直螺線管的自感. 設管長為L, 橫截面積為S, 單位長度上的匝數為n, 管中充溢磁導率為的磁介質.解: 2N BSnlBSn Sli 磁鏈22Ln Sln Vi螺線管的自感 V為螺線管的體積 經過回路本

10、身的磁鏈 Li磁感應強度的大小BniH 的安培環(huán)路定理的安培環(huán)路定理0dLLHlI內HniBH第七章 磁場與電磁感應7.5.3 RL電路電路etRCCu)e1 (RCtCuuCtO0.63RiOt0.37RKiRqC KiRCRC 電路時間常數RC第七章 磁場與電磁感應7.5.3 RL電路電路(1) (1) 接通電路接通電路( (開關開關K K扳向扳向1)1)iRtiLLdd2RL1K接通電路瞬間 , 電流t00i ddLiLt 線圈L產生的自感電動勢第七章 磁場與電磁感應)1 ()1 (0ttLReIeRI時間常數 = L / RI0= / R II00.63I0Ot2RL1K第七章 磁場與

11、電磁感應(2) (2) 斷開電路斷開電路( (開關開關K K扳向扳向2)2)iRtiLLddttLReIeRI00.37I0II0Ot2RL1K接通電路瞬間 ,電流t00iI第七章 磁場與電磁感應7.5.4 磁場的能量磁場的能量iRtiLddRtttRiLIti0220d21d電源提供的能量電源對抗自感電動勢作的功耗費在電阻上的焦耳熱兩邊同乘 后積分d i t儲存在線圈中儲存在線圈中的磁場能量的磁場能量第七章 磁場與電磁感應自感為 L 的線圈在通有穩(wěn)定電流 I 時的磁場能量為2m21LIW2;Ln VBnI 磁場能量密度磁場能量密度BHHBw2121222m 磁場能量磁場能量VVVBVwWd2

12、d2mmVwVBnBVnLIWm2222m21)(2121第七章 磁場與電磁感應12RIIrIHRrR2,210,2HRr0,1HRr例7-8：同軸電纜中金屬芯線的半徑為 ，共軸金屬圓筒的半徑為 ，中間充以磁介質磁導率為 ,現將芯線和圓筒分別和電池兩極相接，假設金屬芯線內的磁場可略去，求此同軸電纜芯線與圓筒間單位長度上的磁能和自感.1R2R解解H 的安培環(huán)路定理的安培環(huán)路定理0dLLHlI內2R1Rr第七章 磁場與電磁感應12RII21RrR2mm22dd8VVIWwVVr2R1Rrdr單位長度殼層體積單位長度殼層體積1d2drrV212md4RRIWrr122ln4RRI2m21LIW21(

13、)22 Ir2228rI2m21Hw12ln2RRL第七章 磁場與電磁感應磁場高斯定理磁場環(huán)路定理電場環(huán)路定理電場高斯定理dSSqDS內d0SSdLLIHl內7-6 電磁場實際電磁場實際d0LElddLSt BElS穩(wěn)恒磁場中的安培環(huán)路定理的局限性ddLSItDHlS麥克斯韋方程DEBH第七章 磁場與電磁感應無線電波無線電波cm1 . 0m1034770nm 350nm可見光可見光56 10 nm770nm紅外線紅外線350nm5nm紫外光紫外光0.04nmnm5 X射線射線nm04. 0 射線射線 電電 磁磁 波波 譜譜770nm350nm 可見光可見光紅外線紅外線 紫外線紫外線 射射 線線

14、長波無線電波長波無線電波短波無線電波短波無線電波頻率頻率Hz01021041061081010101210141016101810201022102410810波長波長m41001041081012101610X射線射線第七章 磁場與電磁感應小結1. 電磁感應定律電磁感應定律2. 自感自感感應電動勢ddt ddLSt BElS總電場的環(huán)路定理ddiiLt RL電路電路 磁場能量密度磁場能量密度BHHBw2121222m第七章 磁場與電磁感應7-4：兩平行直導線相距：兩平行直導線相距 , 每根導線再有每根導線再有電流電流 .求求: (2) 經過圖中所示的斜線所經過圖中所示的斜線所示面積的磁通量示

15、面積的磁通量. 40cmd 1220mAII1210cm,25cmrrl1r2r3r1I2IldxOx0 112IBx0222 ()IBdxB120 10222 ()BBBIIxdxdBS 1210 10222 ()rrrIIldxxdxx第七章 磁場與電磁感應作業(yè) P206：7-9，7-11，7-13中國科普博覽 萬物之理 磁學館檢驗醫(yī)學信息網httpclinet網上資源庫第七章 磁場與電磁感應1. 磁場對運動電荷的作用力磁場對運動電荷的作用力2. 磁場對載流導線的作用力磁場對載流導線的作用力安培力d dFI lBmMPB平面載流線圈在均勻磁場中遭到的磁力矩FqBv洛侖茲力霍耳效應dIBRU

16、HH霍耳電壓磁偶極矩mPISne回想第七章 磁場與電磁感應回想輔助量：磁場強度 H (magnetic field intensity)單位: Am-10r BBH0dLLIHl內3. 磁介質中的安培環(huán)路定理磁介質中的安培環(huán)路定理0BBB實驗發(fā)現：對于各向同性的磁介質,有 000r BB第七章 磁場與電磁感應穩(wěn)恒磁場中的安培環(huán)路定理的局限性dLLIHl內1ddLSIHlJS2dd0LSHlJSS2L+Q-Q+-IdSJSS 為以為以 L 為邊為邊境的恣意曲面境的恣意曲面S1第七章 磁場與電磁感應對于曲面S22dDSQDSddddDdQItt 電場中某一點位移電流等于該點電位移通量對時間的變化率

17、.麥克斯韋假設: 位移電流S2L+Q-Q+-I第七章 磁場與電磁感應全電流安培環(huán)路定理v全電流 (I+Id) 是延續(xù)的v位移電流和傳導電流一樣激發(fā)磁場v傳導電流產生焦耳熱,位移電流不產生焦耳熱位移電流和傳導電流的對比dddLSIIItDHlS第七章 磁場與電磁感應Ruhmkorff induction coil, 19th century artwork. This electro- magnetic induction coil was invented in 1851, by the German engineer Heinrich Daniel Ruhmkorff. When connected to sparking electrodes in an evacuated chamber (c