電磁感應理論

第8章電磁感應電磁場理論

ElectromagneticInduction祝之光版8-58-9王海嬰版：12.612.8

12.1712.18風云人物你認識幾位？大綱要求第8章電磁感應電磁場理論本章主要闡述六個方面的問題：法拉第電磁感應定律動生電動勢及其微觀機理感生電動勢與感生電場自感和互感磁場能量位移電流與電磁場理論邏輯關系如圖所示8.1電磁感應定律問題提出：自從奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應,人們自然地聯(lián)想到：電流可以產生磁場，磁場是否也能產生電流呢？一.電磁感應現(xiàn)象8.1電磁感應定律一.電磁感應現(xiàn)象當穿過一個閉合導體回路所包圍的面積內的磁通量發(fā)生變化時(不論這種變化是由什么原因引起的)，在導體回路中就有電流產生.這種現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象.回路中所產生的電流稱為感應電流.相應的電動勢則稱為感應電動勢.二．三．法拉第電磁感應定律楞次定律通過回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化時，回路中產生的感應電動勢與磁通量對時間的變化率成正比.8.1電磁感應定律判斷感應電流方向的楞次定律:閉合回路中產生的感應電流具有確定的方向，它總是使感應電流所產生的通過回路面積的磁通量，去補償或者反抗引起感應電流的磁通量的變化。負號——楞次定律的數(shù)學表示判斷感應電流方向既可以用楞次定律，也可以用法拉第電磁感應定律

8.1電磁感應定律注意:(1)感應電流所產生的磁通量要阻礙的是磁通量的變化,而不是磁通量本身.(2)阻礙并不意味抵消.如果磁通量的變化完全被抵消了,則感應電流也就不存在了.用兩種方法判斷方向練習(其他的例子自己練習)B增大en

8.1電磁感應定律應用：磁通計原理例題

回路正方向順時針方向8.2動生電動勢磁通量變化的兩種原因：S

變化，或B

變化由于導體運動而產生的感應電動勢，稱為動生電動勢.一．在磁場中運動的導線內的感應電動勢8.2動生電動勢動生電動勢中的能量轉換要維持恒定電流,外界必須向回路提供能量.典型例題從內部看，Ei指向B

A從外部看,作為電源,A電勢高于B.兩種方法:虛擬回路,直接積分8.2動生電動勢二．在磁場中轉動的線

圈內的感應電動勢也可以用Ek=v*B求得同樣結果.在勻強磁場內轉動的線圈中所產生的電動勢是隨時間作周期性變化的,這種電動勢稱為交變電動勢.在交變電動勢的作用下,線圈中的電流也是交變的，稱為交變電流或交流.8.2動生電動勢動生電動勢微觀解析在Lorentz力有兩個分力,外力反抗

其中一個分力,宏觀做功,使得Lorentz力另一個分力能夠驅動帶電粒子形成電流.

Lorentz力

能量轉換者:接受外力做功,提供功給電子.8.2感生電動勢感生電場當導體回路不動,由于磁場變化引起磁通量改變而產生的感應電動勢,叫做感生電動勢.不能用Lorentz力(磁力)來解釋,只能歸結為電場.一．感生電場變化的磁場在其周圍會激發(fā)一種電場,這種電場稱為感生電場.8.2感生電動勢感生電場典型例題(B均勻增大)L詳細演算跳過附：詳細演算典型例題(B均勻增大)L回去8.2感生電動勢感生電場典型例題8.2感生電動勢感生電場重要說明Ei的存在并不取決于空間有無導體回路存在,變化的磁場總是在空間激發(fā)電場.在自然界中存在著兩種以不同方式激發(fā)的電場,所激發(fā)電場的性質也截然不同.由靜止電荷所激發(fā)的電場是保守力場(無旋場);由變化磁場所激發(fā)的電場不是保守力場(有旋場).Ei線的繞行方向與所圍

的

?B/?t的方向構成

左螺旋關系8.2感生電動勢感生電場應用：磁通計測磁感應強度原理8.2感生電動勢感生電場二．渦電流eddycurrents當大塊導體,特別是金屬導體處在變化的磁場中時，由于通過金屬塊的磁通量發(fā)生變化,因此在金屬塊中產生感應電動勢.而且由于大塊金屬電阻特別小,所以往往可以產生極強的電流,這些電流在金屬內部形成一個個閉合回路,所以稱作渦電流,又叫渦流.渦電流應用8.4自感和互感一．自感Self-induction由于回路中電流變化,引起穿過回路包圍面積的全磁通變化,從而在回路自身中產生感生電動勢的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象.8.4自感和互感自感電動勢L與回路的形狀，匝數(shù)，磁介質有關自感系數(shù)（簡稱自感）計算8.4自感和互感無鐵磁性物質，回路幾何形狀不變：8.4自感和互感二．互感MutualInduction一個載流回路中電流變化,引起鄰近另一回路中產生感生電動勢的現(xiàn)象,稱為互感現(xiàn)象.互感系數(shù)8.4自感和互感互感系數(shù)簡稱互感,它和兩個回路的大小、形狀、匝數(shù)以及周圍磁介質的性質有關,與它們的相對位置有關.互感系數(shù)反映兩耦合回路互感(相互影響)的強弱互感電動勢計算互感系數(shù)方法設電流I1或I2，計算Y21或Y128.5磁場的能量RL電路(circuit)的能量轉換自感電動勢合上S1時回路方程8.5磁場的能量電感的儲能過程也是電感中磁場的建立過程對長直螺線管磁場的能量磁場是能量的攜帶者凡是有磁場存在的地方就存在有磁場能量,磁場的能量密度為電磁波的傳播過程就是電場和磁場能量的傳輸過程8.6位移電流電磁場理論1865年麥克斯韋在總結前人工作的基礎上，提出完整的電磁場理論，他的主要貢獻是提出了“有旋電場”和“位移電流”兩個假設，從而預言了電磁波的存在，并計算出電磁波的速度（即光速）.8.6位移電流電磁場理論1888年赫茲的實驗證實了他的預言,麥克斯韋理論奠定了經典電動力學的基礎,為無線電技術和現(xiàn)代電子通訊技術發(fā)展開辟了廣闊前景.8.6位移電流電磁場理論已有結論：變化的磁場能夠激發(fā)電場問題：變化的電場能否激發(fā)磁場？從恒定電流的安培環(huán)路定理看：推廣到非恒定情況(例：傳導電流中斷)?8.6位移電流電磁場理論修正(電容器放電)------+++++++-RII8.6位移電流電磁場理論修正(電容器放電)8.6位移電流電磁場理論1全電流是連續(xù)的；2位移電流和傳導電流一樣激發(fā)磁場；3傳導電流意味著電荷的定向運動，產生焦耳熱；位移電流意味著電場的變化，不產生焦耳熱.典型例題有一圓形平行平板電容器,R=3.0cm.現(xiàn)對其充電,使電路上的傳導電流IC=dQ/dt=2.5A,若略去邊緣效應,求1兩極板間的位移電流;2兩極板間離開軸線的距離為r=2.0cm的點P處的磁感強度.8.6位移電流電磁場理論有一圓形平行平板電容器,R=3.0cm.現(xiàn)對其充電,使電路上的傳導電流IC=dQ/dt=2.5A,若略去邊緣效應,求1兩極板間的位移電流;2兩極板間離開軸線的距離為r=2.0cm的點P處的磁感強度.8.6位移電流電磁場理論經典電磁場理論麥克斯韋方程組本構方程與Lorentz方程8.6位移電流電磁場理論電磁場的物質性可以脫離場源（電荷、電流）獨立存在能量密度單位體積質量單位體積動量與能量關系現(xiàn)代觀點：電子與光子相互轉化，靜電力與靜磁力是虛光子交換的結果8.6位