大學(xué)物理上-電磁感應(yīng)-1(華科)

1、 第八章 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)下周四一起交下周四一起交 最后一次作業(yè)最后一次作業(yè) 周六下午可核對(duì)缺作業(yè)周六下午可核對(duì)缺作業(yè)次數(shù)，盡快補(bǔ)齊缺的業(yè)！次數(shù)，盡快補(bǔ)齊缺的業(yè)！回顧：回顧： 磁磁介質(zhì)介質(zhì)1.介質(zhì)的磁效應(yīng)介質(zhì)的磁效應(yīng)順磁順磁質(zhì)質(zhì)抗磁抗磁質(zhì)質(zhì)分子分子 分分子子 固有磁矩固有磁矩附加磁矩附加磁矩在外磁場(chǎng)中：在外磁場(chǎng)中：oBB| | 0BB 2. 有介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理有介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理:diHlI 鐵磁質(zhì)的磁性：磁疇理論鐵磁質(zhì)的磁性：磁疇理論1 r 1 r 2解題一般步驟：解題一般步驟：由由I傳傳HBMHB HMm diLLHlI 對(duì)稱場(chǎng)有磁介質(zhì)時(shí)對(duì)稱場(chǎng)有磁介質(zhì)時(shí),只需將只需將 “B” 中的中的 o

2、即可。即可。例：例：無限長(zhǎng)螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)無限長(zhǎng)螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)無限長(zhǎng)螺線管內(nèi)充滿介質(zhì)時(shí)：無限長(zhǎng)螺線管內(nèi)充滿介質(zhì)時(shí)：nIBo BnI 演示實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn):巴克豪森效應(yīng)巴克豪森效應(yīng)2. 鐵磁質(zhì)的磁化鐵磁質(zhì)的磁化I. . . .鐵鐵磁磁質(zhì)質(zhì)R高斯計(jì)高斯計(jì)2NIHR 通電流：通電流：高斯計(jì)：高斯計(jì)：BHr b： 晶粒磁取向趨于與晶粒磁取向趨于與H同向同向00rBBBH HMHBr 00 )(a：疇壁移動(dòng)，與：疇壁移動(dòng)，與H同向的磁疇增大（可逆）同向的磁疇增大（可逆）abcBB的變化落后于的變化落后于H，從而具有，從而具有剩磁剩磁磁滯效應(yīng)磁滯效應(yīng)每個(gè)每個(gè)H 對(duì)應(yīng)不同的對(duì)應(yīng)不同的B與磁化的歷史有關(guān)。與磁化的歷

3、史有關(guān)。1) 起始磁化曲線起始磁化曲線2) 剩磁剩磁Br飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS3) 矯頑力矯頑力Hc(2) 磁滯回線磁滯回線(3) 在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)磁化使其溫度升高 磁滯損耗磁滯損耗BrBcH HsB磁滯損耗磁滯損耗與與磁滯回線磁滯回線所包圍的面積成正比。所包圍的面積成正比。為什么會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象？為什么會(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象？(可證明可證明)sB 4 當(dāng)溫度升高到足夠高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)會(huì)瓦解磁疇內(nèi)磁矩當(dāng)溫度升高到足夠高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)會(huì)瓦解磁疇內(nèi)磁矩的規(guī)則排列。的規(guī)則排列。在臨界溫度（相變溫度在臨界溫度（相變溫度Tc ）時(shí)，鐵磁）時(shí)，鐵磁質(zhì)完全變成了順磁質(zhì)。這

4、個(gè)溫度就是質(zhì)完全變成了順磁質(zhì)。這個(gè)溫度就是居里點(diǎn)居里點(diǎn) Tc (Curie Point)如：鐵為如：鐵為 1040K，鈷為，鈷為 1390K， 鎳為鎳為 630K5(1) 軟磁材料：軟磁材料： r大，大，(起始磁化率大起始磁化率大)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大 適用于變壓器、繼電器、電機(jī)、以及各種高頻適用于變壓器、繼電器、電機(jī)、以及各種高頻 電磁元件的磁芯、磁棒。電磁元件的磁芯、磁棒。4.3. 鐵磁質(zhì)的分類鐵磁質(zhì)的分類特點(diǎn)：特點(diǎn)：矯頑力矯頑力(Hc)小，小，磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)，磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)， 損耗小（損耗?。℉dB面積小）。面積?。Ｒ状呕?、易退磁易磁化、易退磁 純鐵，坡莫合金純

5、鐵，坡莫合金(Fe，Ni)， 硅鋼，硅鋼， 鐵氧體等。鐵氧體等。如如(2) 硬磁材料：硬磁材料：鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金鎢鋼，碳鋼，鋁鎳鈷合金矯頑力矯頑力(Hc)大，大，剩磁剩磁Br大大磁滯回線的面積大，損耗大。磁滯回線的面積大，損耗大。適用于做適用于做永磁鐵永磁鐵。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。耳機(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)聲器。cH cHHBHcHcH B6(3) 矩磁材料矩磁材料Br=BS ，Hc不大，不大，磁滯回線是矩形。用于磁滯回線是矩形。用于記憶元件記憶元件，錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體錳鎂鐵氧體，鋰錳鐵氧體當(dāng)當(dāng)+脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生HHc，使使磁芯呈磁芯呈+B態(tài)，態(tài)，則則脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生H0說明說

6、明:dd0,t 則則 i 0, 同向同向 i0, 反向反向abIldrr4. 電源電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì) E非非FeF+QQ+i提供非靜電力的裝置提供非靜電力的裝置電源電源A將將q從負(fù)極移到正極從負(fù)極移到正極F非非做的功做的功則電源的則電源的電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)為：為：qA 從場(chǎng)的觀點(diǎn)：從場(chǎng)的觀點(diǎn)：引入引入 等效非靜電場(chǎng)的強(qiáng)度等效非靜電場(chǎng)的強(qiáng)度非非EqFE非非非非 電源的電源的電動(dòng)勢(shì)：電動(dòng)勢(shì)：dEl 非非dLEl 非非或或?qū)﹂]合回路。對(duì)閉合回路。18感應(yīng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì) i 內(nèi)是什么力作功？?jī)?nèi)是什么力作功？ 的變化方式：的變化方式：導(dǎo)體回路不動(dòng)，導(dǎo)體回路不動(dòng)，B變化變化感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)體回路運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體

7、回路運(yùn)動(dòng)，B不變不變動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)ddit i 為回路中載流子提供能量！為回路中載流子提供能量！它們產(chǎn)生的微觀機(jī)理是不一樣的。它們產(chǎn)生的微觀機(jī)理是不一樣的。電磁感應(yīng)的電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：1ddiiINRRt 19二二-1、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)B不變，導(dǎo)體回路運(yùn)動(dòng)。不變，導(dǎo)體回路運(yùn)動(dòng)。1. 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的機(jī)制產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的機(jī)制1）等效非靜電場(chǎng)）等效非靜電場(chǎng)Ek 導(dǎo)線導(dǎo)線 L 在外磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，在外磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，L內(nèi)自由電子受到內(nèi)自由電子受到磁場(chǎng)力作用：磁場(chǎng)力作用： Bvef 洛洛定義非靜電場(chǎng)：定義非靜電場(chǎng)：efEk 洛洛Bv ,sin vBEk 方向方

8、向Bv 2）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義dikLEl dLvBl 動(dòng)動(dòng)20Lv B 洛洛f動(dòng)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng)電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng):但是：但是：vBvef 洛矛盾矛盾？ 動(dòng)動(dòng)的出現(xiàn)是什么力作功呢？的出現(xiàn)是什么力作功呢？ f洛洛不作功不作功!3. 誰(shuí)為回路提供電能？誰(shuí)為回路提供電能？() diLvBl 0 i 2.一般情況下動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算一般情況下動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算 ,0)( Bv () d 2vBl 當(dāng)當(dāng)注意：注意：efEk 洛洛Bv Bvi可見可見,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)只出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)只出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上.21電子同時(shí)參與兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)：電子同時(shí)參與兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)：v 方向方向, 隨導(dǎo)

9、體運(yùn)動(dòng)；隨導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；u 方向方向, 電子漂移形成電流。電子漂移形成電流?？偮鍋銎澚Γ嚎偮鍋銎澚Γ?2Fff vabf1f2uVFFV 1212() ()0ffvufufv 總洛侖茲力不作功總洛侖茲力不作功即：即：顯然：顯然：11/ ,0,fufu f1作正功作正功，即非靜電力，即非靜電力Ek作功。作功。212,0,fvf ufv f2作負(fù)功作負(fù)功要使棒要使棒ab保持保持v 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng), 則必有外力作功：則必有外力作功： 2ff 外外即：即：1fvfu外外0F V i動(dòng)動(dòng)的出現(xiàn)是什么力作功呢？的出現(xiàn)是什么力作功呢？ 結(jié)論結(jié)論: :外力克服洛侖茲力的一個(gè)外力克服洛侖茲力的一個(gè)分力做功分力做功, ,由

10、另一分力轉(zhuǎn)由另一分力轉(zhuǎn)化為回路中的電能化為回路中的電能22解法一：解法一：由定義由定義daibabvBl 12vBl 方向：方向：ddit dd1()2Blxt 12Blv 解法二解法二: 用法拉第定律用法拉第定律a0 順時(shí)針方向順時(shí)針方向dlbac dsin30cosaobvBl bSB cos)(lxB 1( )2Blx 例例2. 在均勻磁場(chǎng)在均勻磁場(chǎng)B中中,金屬桿金屬桿ab沿導(dǎo)體框向右以沿導(dǎo)體框向右以v 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),如圖如圖, =60o, 且且dB/dt = 0,求其上的求其上的 i ? d()iLvBl 此電動(dòng)勢(shì)只出此電動(dòng)勢(shì)只出現(xiàn)在現(xiàn)在ab桿上桿上23例例3. 金屬桿金屬桿oa長(zhǎng)長(zhǎng)L，在

11、勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度中以角速度 反反 時(shí)針繞時(shí)針繞o點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 求桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)求桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。解法一解法一:dd()ivBl dlBl doailBl 方向方向:a根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律解法二：解法二：任意時(shí)刻通過扇形截面的磁通量任意時(shí)刻通過扇形截面的磁通量B S 21()2BL dd212iBLt 212BL 根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義取微分元取微分元dl odl vaa oB d()iLvBl 0iab 24舉一反三：舉一反三：（1）半徑為）半徑為R 的金屬圓盤以的金屬圓盤以 轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)， 求中心與邊沿的求中心與邊沿的? i （2）以下

12、各種情況中）以下各種情況中? i IvIv2roaLv IaLvBEF(a)(b)(c)(d)B B 212iBR 0 i 022iISr t cosiaovBL 0ln2iEFIa Lva 25本節(jié)重點(diǎn)：本節(jié)重點(diǎn)： （1）掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及物理意義，并會(huì)計(jì)）掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及物理意義，并會(huì)計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和判斷方向。算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和判斷方向。 （2）理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，并會(huì)計(jì)算一些簡(jiǎn)單幾何形狀）理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，并會(huì)計(jì)算一些簡(jiǎn)單幾何形狀的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)勢(shì)。的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)勢(shì)。作業(yè)：作業(yè)：8T1-8 保證了保證了電磁現(xiàn)象中的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的電磁現(xiàn)象中的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的正確正確, 并且也并且也確定了確定了電磁電磁“永動(dòng)機(jī)永動(dòng)機(jī)”是不可能的是不可能的。 正是外界克服阻力作功，正是外界克服阻力作功，將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成回路中的電能?；芈分械碾娔?。NS楞次定