物理-第10章變化電磁場

第十章變化的電磁場§10-1電磁感應(yīng)基本定律

§10-2動生電動勢感生電動勢

§10-3自感和互感

§10-4磁場的能量

§10-5位移電流

§10-6麥克斯韋方程組電磁波§10-1電磁感應(yīng)的基本定律1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗一實驗二結(jié)論：

當通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中有電流產(chǎn)生(從而回路中有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生)，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。2.法拉第電磁感應(yīng)定律

當通過回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與穿過回路的磁通量對時間的變化率成正比：多匝回路：

負號反映了感應(yīng)電動勢的(增減)方向：

（a）B增大Leni（b）B減小Leni3.楞次定律

閉合回路中的感應(yīng)電流的方向，總是使得感應(yīng)電流所產(chǎn)生的通過回路的磁通量去補償引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。

楞次定律的本質(zhì)是能量守恒定律。aRbcd

IvFItBmt

解：電磁感應(yīng)定律比例常數(shù)為１的證明：小型三相發(fā)電機風力發(fā)電機39萬千瓦燃氣輪發(fā)電機主軸dcbarIdxxl1l2解：（1）（2）作業(yè)：8-8、8-108-7、8-8§10-2動生電動勢感生電動勢1.1產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力洛倫茲力動生電動勢：由于導體在磁場中運動而在導體內(nèi)產(chǎn)生的電動勢。產(chǎn)生動生電動勢的非靜電力：1.動生電動勢1.2計算動生電動勢的的一般公式1.3動生電動勢的計算ab例10-3如圖所示，一半徑為R的半圓形導線在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中沿垂直于其直徑的方向以速度v作勻速運動，B的方向垂直于導線所在平面。求導線內(nèi)的產(chǎn)生的動生電動勢。解：vEkdlOab

RaIabldl例10-4

如圖，一無限長直導線沿豎直方向放置，通有電流I，其一旁有一長為L的直導線ab繞一端a以角速度作勻速轉(zhuǎn)動，設(shè)a點到無限長直導線的垂直距離為a，求ab轉(zhuǎn)到與水平方向夾角為的位置時，ab內(nèi)的動生電動勢。解：

2.1麥克斯韋關(guān)于感生電場的假設(shè)麥克斯韋的假設(shè)：

變化的磁場在周圍空間要激發(fā)電場，這種電場稱為感生電場。感生電場的基本性質(zhì)：1）感生電場對處在其中的電荷有力的作用。2）在感生電場中引進導體，導體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。2.感生電動勢感生電動勢：由于磁場變化而在導體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫感生電動勢。2.2感生電動勢及產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力產(chǎn)生感生電動勢的非靜電力：感生電場力感生電場的環(huán)流：2.3感生電場的環(huán)流與感生電動勢的計算1）靜電場由靜止電荷產(chǎn)生，而感應(yīng)電場由變化的磁場激發(fā)。2）計算感生電動勢：感生電動勢的計算：1)計算感生電場的分布閉合回路：

ROabB解：

ROBrLrLORCEkrldl

ROabB

ROabB導體3.渦電流電磁阻尼

3.1渦電流的產(chǎn)生3.2渦電流的熱效應(yīng)電磁爐渦電流的熱效應(yīng)的應(yīng)用：用渦電流加熱金屬電極用渦電流的熱效應(yīng)進行冶煉渦電流的熱效應(yīng)的危害：3.3電磁阻尼儀表中的電磁阻尼器作業(yè)：8-5、8-6、8-128-2、8-12§10-3自感和互感1.自感1.1自感現(xiàn)象

由于回路中電流變化而在自身回路中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象。I1.2自感系數(shù)定義自感系數(shù)：I*自感系數(shù)的嚴格內(nèi)涵(本人注釋,僅供參考)1.3自感電動勢自感在日光燈電路中的應(yīng)用:日光燈電路中的鎮(zhèn)流器就是利用自感現(xiàn)象制成的。日光燈是怎樣工作的呢？當開關(guān)閉合后，電源把電壓加在起動器的兩極之間，使氖氣放電而發(fā)出輝光。輝光產(chǎn)生的熱量使U形動觸片膨脹伸長，跟靜觸片接觸而把電路接通。于是鎮(zhèn)流器的線圈和燈管的燈絲中就有電流通過。電路接通后，起動器中的氖氣停止放電，U形動觸片冷卻收縮，兩個觸片分離，電路自動斷開。在電路突然中斷的瞬間，在鎮(zhèn)流器兩端產(chǎn)生一個很高的自感電動勢，方向與原來電壓的方向相同，這個自感電動勢與電源電壓加在一起，形成一個瞬時高電壓，加在燈管兩端，使燈管中的水銀蒸氣開始放電，于是日光燈管成為電流的通路開始發(fā)光。在日光燈正常發(fā)光時，由于交變電流不斷通過鎮(zhèn)流器的線圈，線圈中就有自感電動勢，它總是阻礙電流變化的，這時鎮(zhèn)流器起著降壓限流作用，保證日光燈的正常工作。1.4自感系數(shù)的計算計算關(guān)鍵：假設(shè)I，求例10-6長為l的螺線管，橫斷面為

S，線圈總匝數(shù)為N，管中磁介質(zhì)的磁導率為，求自感系數(shù)。解：lSl例10-7有一電纜，由兩個“無限長”的同軸圓桶狀導體組成，其間充滿磁導率為的磁介質(zhì)，電流I從內(nèi)桶流進，外桶流出。設(shè)內(nèi)、外桶半徑分別為R1和R2，求長為l的一段導線的自感系數(shù)。rdr

解：lrdr

2.互感2.1互感現(xiàn)象

一個載流回路中電流變化，引起鄰近另一回路中產(chǎn)生感生電動勢的現(xiàn)象。12I1I22.2互感系數(shù)定義自感系數(shù)：12I1I2

互感系數(shù)反映兩耦合回路互感的強弱2.3互感電動勢電路耦合感應(yīng)圈例10-8設(shè)在一長為1m，橫斷面積S=10cm2，密繞N1=1000匝線圈的長直螺線管中部，再繞N2=20匝的線圈。（1）計算互感系數(shù)；（2）若回路1中電流的變化率為10A/s，求回路2中引起的互感電動勢。lS解：（1）（2）lS例10-9在磁導率為的均勻無限大的磁介質(zhì)中，有一無限長直導線，與一邊長分別為b和l的矩形線圈在同一平面內(nèi)，求它們的互感系數(shù)。aIrdrbl解：aIrdrbl作業(yè)：8-13、8-168-13、8-19§10-4磁場的能量(簡介)KLRi自感電動勢：回路方程：1.RL電路的能量轉(zhuǎn)換電感的儲能1.1RL電路的能量轉(zhuǎn)換－－電源所作的功－－消耗在電阻上的焦耳熱－－電感儲能1.2電感的儲能2.磁場的能量2.1磁場是能量的攜帶者2.2磁場的能量的計算一般地：電容器靜電能自感線圈磁能電場能量密度磁場能量密度比較電場能量與磁場能量：例10-10一根長直電纜，由半徑為R1和R2的兩同軸圓筒組成，穩(wěn)恒電流I經(jīng)內(nèi)層流進外層流出。試計算長為l

的一段電纜內(nèi)的磁場能量。IIR1R2R2R1rdr能量法求自感系數(shù)解：作業(yè)：8-198-21§10-5位移電流(簡介)1.位移電流1.1問題的提出穩(wěn)恒電流的磁場對S1面：對S2面：1)非穩(wěn)恒情況下傳導電流不連續(xù)2)在非穩(wěn)恒電流的磁場中，H的環(huán)流與閉合回路L為邊界的曲面有關(guān)。變化電流的磁場+++---S1LS2DIdI01.2位移電流

變化的電場可視為一種電流，稱為位移電流。變化的電場中某一點的位移電流密度：

通過某一曲面S的位移電流強度：

2.1全電流2.全電流安培環(huán)路定理傳導電流和位移電流都能激發(fā)磁場，且隨時間變化的磁場電場隨時間變化的電場磁場

對稱性：2.2全電流安培環(huán)路定理r～VSIcOdDSL§10-6麥克斯韋方程組電磁波(簡介）1.麥克斯韋方程組積分形式：微分形式：2．電磁振蕩(簡介)KCL21