大學(xué)物理課件18

1、電磁感應(yīng)本章內(nèi)容電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第的實(shí)驗(yàn)幾種典型實(shí)驗(yàn)NSGLNSGLNSGLGLKLGLKLGLKLGSNGSNGSNGSN楞次定律續(xù)法拉第電磁感應(yīng)定律續(xù)上1）任一回路中：）任一回路中： SdB dSB cos其中其中B, , S有一個(gè)量發(fā)生變化有一個(gè)量發(fā)生變化, 回路中就有的回路中就有的 i存在。存在。2）“”表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向， i和和 都是標(biāo)量，方向都是標(biāo)量，方向 只是相對(duì)回路的繞行方向而言。如下所示：只是相對(duì)回路的繞行方向而言。如下所示：dtdi Bni Bni Bni 90),( nB 90),( nB 90),( nB 0cos dsB 與假定方向相反與假定

2、方向相反若若 ,則則 i00 則則 i0若若| | , 同向同向說(shuō)明說(shuō)明: :0 dtd 0 dtd Bni 90),( nB 0 反向反向若若| | , 則則 iUQ。能否用直線能否用直線PQ來(lái)代替來(lái)代替PQ？顯然：顯然： PQQPRrIv 220否！否！ . Lil dBv 誰(shuí)為回路提供電能？誰(shuí)為回路提供電能？vBvef 洛洛 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？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，隨導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；方向，隨導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；u方向，導(dǎo)體內(nèi)的漂移形成電流。方向，導(dǎo)體內(nèi)的漂移形成電流。電子受到的總洛侖茲力：電子受到的總洛侖茲力：,21ffF VF 洛

3、侖茲力不作功。洛侖茲力不作功。f1f2uVFabv, 0 VF . 02121 vfufuvff即：即：顯然：顯然：, 0,/11 ufuff1作正功。作正功。, 0,212 vfufvf 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)，則必有外力作功：運(yùn)動(dòng)，則必有外力作功： 2ff 外外即：即：.1ufvf 外外四個(gè)結(jié)論：四個(gè)結(jié)論： )(uvF所以洛侖茲力總功為零所以洛侖茲力總功為零 (1)0)(dtAuF2f（2）2f正好與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度正好與導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度的方向相反，導(dǎo)體要維持速度的方向相反，導(dǎo)體要維持速度運(yùn)動(dòng)，必須克服阻力運(yùn)動(dòng)，必須克服阻力做功；做功；（3）1f正好與電子運(yùn)動(dòng)速度正好與

4、電子運(yùn)動(dòng)速度u的方向相同，非靜電力的方向相同，非靜電力1f推動(dòng)自由電子做功；推動(dòng)自由電子做功；（4）外界克服阻力）外界克服阻力2f做功的能量轉(zhuǎn)換成非靜電力做功的能量轉(zhuǎn)換成非靜電力1f推動(dòng)自由電子做功。推動(dòng)自由電子做功。感生電動(dòng)勢(shì)時(shí)變磁場(chǎng)感生電場(chǎng)續(xù)上iE感應(yīng)電場(chǎng)感應(yīng)電場(chǎng) 的的特點(diǎn)特點(diǎn)：qFEi 1）iEeE與與一樣，對(duì)場(chǎng)中的電荷有電場(chǎng)力的作用。一樣，對(duì)場(chǎng)中的電荷有電場(chǎng)力的作用。2）iE不依賴空間是否有導(dǎo)體存在，不依賴空間是否有導(dǎo)體存在，iEqF 3）iE是非保守力場(chǎng)是非保守力場(chǎng)，。0 l dEi只要只要附近附近有有 ，則就有，則就有Ei的存在。的存在。0 dtdB感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì) l dEi

5、i 對(duì)非閉合回路：對(duì)非閉合回路： l dEii 顯然顯然 i與導(dǎo)體回路形狀有關(guān)與導(dǎo)體回路形狀有關(guān)。iE的環(huán)路定律的環(huán)路定律 SdtBl dEi與與構(gòu)成左旋關(guān)系。構(gòu)成左旋關(guān)系。感感EtB 5、感感EtB tB方向 是有旋場(chǎng)是有旋場(chǎng)不能引入電勢(shì)概念不能引入電勢(shì)概念感感E感生電場(chǎng)（有旋電場(chǎng)）感生電場(chǎng)（有旋電場(chǎng)）由靜止電荷產(chǎn)生由靜止電荷產(chǎn)生由變化磁場(chǎng)產(chǎn)生由變化磁場(chǎng)產(chǎn)生線是線是“有頭有尾有頭有尾”的，的，靜靜E是一組閉合曲線是一組閉合曲線靜電場(chǎng)（庫(kù)侖場(chǎng)）靜電場(chǎng)（庫(kù)侖場(chǎng)） 是保守場(chǎng)（無(wú)旋場(chǎng)）是保守場(chǎng)（無(wú)旋場(chǎng)）可以引入電勢(shì)概念可以引入電勢(shì)概念起于正電荷而終于負(fù)電荷起于正電荷而終于負(fù)電荷感感E線是線是“無(wú)頭無(wú)

6、尾無(wú)頭無(wú)尾”的的0 ldEL靜靜可以引入與之相關(guān)的電可以引入與之相關(guān)的電勢(shì)（差）的概念；勢(shì)（差）的概念；沒(méi)有與感應(yīng)電場(chǎng)相關(guān)的電勢(shì)沒(méi)有與感應(yīng)電場(chǎng)相關(guān)的電勢(shì)（差）的概念。（差）的概念。方向方向:楞次定律楞次定律LSBEdldSt 感01SEdSq靜0SEdS感例2）沿）沿1/4圓周將單位正電荷從圓周將單位正電荷從ab，求，求Ei作功作功 l dEAiab41 22rodldtdBr dtdBr24 沿沿3/4圓周圓周Ei作功作功 l dEAiab43 232rodldtdBr dtdBr243 oabriEdtdBrEi2 例例例iE例例. 如圖放入一邊長(zhǎng)為如圖放入一邊長(zhǎng)為l 的正方形導(dǎo)體回路的正

7、方形導(dǎo)體回路oabc。求：求：1）回路各邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；）回路各邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； 2） i總總； 3）哪點(diǎn)（）哪點(diǎn)（c與與a）電勢(shì)高。）電勢(shì)高。解：解：1）iEoa iEoc 0 ocoa baiabldE badlE cos badldtdBr cos2 badldtdBl2baldtdBl2 221ldtdB 同理：同理：221ldtdBbc acbo2） i總總= ab+ bc或：或： SBdtd dtdBS 注：注：根據(jù)對(duì)稱性：根據(jù)對(duì)稱性：1），），2）的計(jì)算可以倒過(guò)來(lái)進(jìn)行。）的計(jì)算可以倒過(guò)來(lái)進(jìn)行。r l dEii l ddtdBrEi2 dtdBl2 dtdBl2 dtdi 總總3）

8、oabcUac=Ua Uc= i IiRi, 0 ocoa acbo等效電路等效電路結(jié)論一致結(jié)論一致22RRdtdBli 0212 dtdBlacUU 或或: Uaoc=Ua Uc=0 IiRi0。取半徑為取半徑為r,厚度為厚度為dr的圓筒的圓筒,其電動(dòng)勢(shì)其電動(dòng)勢(shì)dtddi 2rBdtd .2dtdBr 其上電阻為：其上電阻為：drhrR 2RddIii rhdrdtdBr 22 drdtdBhr 2 iidIIBh總電流：總電流：.412dtdBha 產(chǎn)生的熱功率：產(chǎn)生的熱功率： dPP 2idIR2481 dtdBha3、渦流的熱效應(yīng)、渦流的熱效應(yīng)電阻小，電流大，能電阻小，電流大，能夠產(chǎn)生

9、大量的熱量。夠產(chǎn)生大量的熱量。4、應(yīng)用、應(yīng)用高頻感應(yīng)爐高頻感應(yīng)爐加熱加熱真空無(wú)按觸加熱真空無(wú)按觸加熱電渦流的應(yīng)用電渦流的應(yīng)用 在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常可以遇到在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)?？梢杂龅?干凈、高效的電磁爐干凈、高效的電磁爐電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈電磁爐內(nèi)部的勵(lì)磁線圈電磁爐的工作原理電磁爐的工作原理 高高頻電流通過(guò)頻電流通過(guò)勵(lì)磁線圈，勵(lì)磁線圈，產(chǎn)生交變磁產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，在鐵質(zhì)場(chǎng)，在鐵質(zhì)鍋底會(huì)產(chǎn)生鍋底會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)的電渦無(wú)數(shù)的電渦流，使鍋底流，使鍋底自行發(fā)熱，自行發(fā)熱，燒開(kāi)鍋燒開(kāi)鍋 內(nèi)內(nèi) 的的 食食 物。物。集膚效應(yīng)集膚效應(yīng) 集膚效應(yīng)與激勵(lì)源頻率集膚效應(yīng)與激勵(lì)源頻率f、工件的電導(dǎo)率、工件的電導(dǎo)率 、磁導(dǎo)率、磁

10、導(dǎo)率 等有關(guān)。頻率等有關(guān)。頻率f越高，電渦流的越高，電渦流的滲透的深度就越淺，集膚效應(yīng)越嚴(yán)重。滲透的深度就越淺，集膚效應(yīng)越嚴(yán)重。 當(dāng)高頻（當(dāng)高頻（100kHz左右）信號(hào)源產(chǎn)生的高頻電壓施加到左右）信號(hào)源產(chǎn)生的高頻電壓施加到一個(gè)靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈一個(gè)靠近金屬導(dǎo)體附近的電感線圈L時(shí)，將產(chǎn)生高頻磁時(shí)，將產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)場(chǎng)H。如被測(cè)導(dǎo)體置于該交變磁場(chǎng)范圍之內(nèi)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)。如被測(cè)導(dǎo)體置于該交變磁場(chǎng)范圍之內(nèi)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流體就產(chǎn)生電渦流i。i在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻在金屬導(dǎo)體的縱深方向并不是均勻分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這稱為集膚效分布的，而只集中在金屬導(dǎo)體的表面，這稱為集膚效應(yīng)（也稱趨膚效應(yīng)）。應(yīng)（也稱趨膚效應(yīng)）。 5、渦流的阻尼作用、渦流的阻尼作用當(dāng)鋁片擺動(dòng)時(shí)，穿過(guò)運(yùn)動(dòng)鋁片的磁通量當(dāng)鋁片擺動(dòng)時(shí)，穿過(guò)運(yùn)動(dòng)鋁片的磁通量是變化的，鋁片內(nèi)將產(chǎn)生渦流。根據(jù)楞是變化的，鋁片內(nèi)將產(chǎn)生渦流。根據(jù)楞次定律感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感次定律感應(yīng)電流的效果總是反抗引起感應(yīng)電流的原因。因此鋁片的擺動(dòng)會(huì)受到應(yīng)電流的原因。因此鋁片的擺動(dòng)會(huì)受到阻滯而停止，這就是阻滯而停止，這就是電磁阻尼電磁阻尼。應(yīng)用：電磁儀表中使用