變化的磁場(chǎng)和變化的電場(chǎng)課件

電磁感應(yīng)

§11.1電磁感應(yīng)的基本規(guī)律通過(guò)一個(gè)閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生——該現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。N一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象二、電動(dòng)勢(shì)1.電源、非靜電電力+–如圖，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒電流流動(dòng)就不能單靠靜電場(chǎng)，必須有非靜電力把正電荷從負(fù)極板搬到正極板才能在導(dǎo)體兩端維持有穩(wěn)恒的電勢(shì)差，在導(dǎo)體中有穩(wěn)恒的電場(chǎng)及穩(wěn)恒的電流。*提供非靜電力的裝置就是電源，如化學(xué)電池、硅（硒）太陽(yáng)能電池，發(fā)電機(jī)等。實(shí)際上電源是把能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置。水池泵靜電力欲使正電荷從高電位到低電位。非靜電力欲使正電荷從低電位到高電位。2.電動(dòng)勢(shì)*定義描述電源非靜電力作功能力大小的量，就是電源電動(dòng)勢(shì)。電源內(nèi)部電流從負(fù)極板到正極板叫內(nèi)電路。電源外部電流從正極板到負(fù)極板叫外電路。+–把單位正電荷從負(fù)極板經(jīng)內(nèi)電路搬至正極板，電源非靜電力做的功。*為了便于計(jì)算規(guī)定

的方向由負(fù)極板經(jīng)內(nèi)電路指向正極板，即正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。+–單位：焦耳/庫(kù)侖=（伏特）*

越大表示電源將其它形式能量轉(zhuǎn)換為電能的本領(lǐng)越大。其大小與電源結(jié)構(gòu)有關(guān)，與外電路無(wú)關(guān)。從場(chǎng)的觀點(diǎn)：非靜電力對(duì)應(yīng)非靜電場(chǎng)三、

法拉第電磁感應(yīng)定律單位:1V=1Wb/s

與L

反向

與L

同向敘述:導(dǎo)體回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與穿過(guò)導(dǎo)體回路的磁通量的變化率成正比.國(guó)際單位制中

k=1負(fù)號(hào)表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總是反抗磁通的變化電動(dòng)勢(shì)方向:磁通鏈數(shù):若有N匝線圈，它們彼此串聯(lián)，總電動(dòng)勢(shì)等于各匝線圈所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)之和。令每匝的磁通量為

1、

2、3

若每匝磁通量相同N匝相同的線圈組成回路，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)B全磁通四.楞次定律回路中感應(yīng)電流的方向，總是使感應(yīng)電流所激發(fā)的磁場(chǎng)來(lái)阻止或補(bǔ)償引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。N

>0

i<0判斷各圖中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?qū)⒋盆F插入非金屬環(huán)中，環(huán)內(nèi)有無(wú)感生電動(dòng)勢(shì)？有無(wú)感應(yīng)電流？環(huán)內(nèi)將發(fā)生何種現(xiàn)象有感生電動(dòng)勢(shì)存在，有電場(chǎng)存在將引起介質(zhì)極化，而無(wú)感生電流。

動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)——磁場(chǎng)中的導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)、形狀變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)——磁場(chǎng)變化使導(dǎo)線中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)

i

NS磁通量

§11.2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)設(shè)右邊的直導(dǎo)線以v的速度X軸滑動(dòng)，回路磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。nXBL

x

I==感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小是多少？一、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)

怎么解釋動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)呢？動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)是洛倫茲力洛倫茲力可以看作電子受的非靜電力，非靜電場(chǎng)強(qiáng)BF=-e

v×B-

電動(dòng)勢(shì)的方向是

根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義Ek=v×B例題

長(zhǎng)度為L(zhǎng)的金屬棒繞一端在垂直于均勻磁場(chǎng)的平面內(nèi)以角速度

旋轉(zhuǎn)。求：棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)解法1:設(shè)想一個(gè)回路，金屬棒的旋轉(zhuǎn)使回路面積變化因而磁通量變化Bd=dtoL

v

O

LX

B解法

2

棒上離端點(diǎn)x處v

=

x，

的方向，指向端點(diǎn)dx例題二：法拉第電機(jī)，設(shè)銅盤(pán)的半徑為R，角速度為

。求盤(pán)上沿半徑方向產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)?？梢暈闊o(wú)數(shù)銅棒一端在圓心，另一端在圓周上，即為并聯(lián)，因此其電動(dòng)勢(shì)類似于一根銅棒繞其一端旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。

稱L為自感系數(shù),簡(jiǎn)稱自感或電感。當(dāng)線圈中電流變化時(shí)，它所激發(fā)的磁場(chǎng)通過(guò)線圈自身的磁通量也在變化，使線圈自身產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，叫自感現(xiàn)象.該電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì).

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：?jiǎn)挝唬汉嗬鸋物理意義：一個(gè)線圈中通有單位電流時(shí)，通過(guò)線圈自身的磁通鏈數(shù)，等于該線圈的自感系數(shù)。全磁通與回路的電流成正比：§11.3自感與互感

L—自感系數(shù)。與線圈大小、形狀、周?chē)橘|(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)；與線圈是否通電流無(wú)關(guān)。單位：HmHB（t）Ii（t）自感電流I（t)B(t)(t)

i=LI一、自感系數(shù)定義：靜態(tài)1、自感電流反抗線圈中電流變化2、L越大回路中電流越難改變B（t）Ii（t）自感電流=LI自感電動(dòng)勢(shì)

互感電動(dòng)勢(shì):當(dāng)線圈1中的電流變化時(shí),所激發(fā)的磁場(chǎng)會(huì)在它鄰近的另一個(gè)線圈2中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì);這種現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象。該電動(dòng)勢(shì)叫互感電動(dòng)勢(shì)。線圈1所激發(fā)的磁場(chǎng)通過(guò)線圈2的磁通鏈數(shù)互感電動(dòng)勢(shì)與線圈電流變化快慢有關(guān)；與兩個(gè)線圈結(jié)構(gòu)以及它們之間的相對(duì)位置和磁介質(zhì)的分布有關(guān)?；ジ须妱?dòng)勢(shì)2二、互感應(yīng)線圈2所激發(fā)的磁場(chǎng)通過(guò)線圈1的磁通鏈數(shù)和互感電動(dòng)勢(shì)為后面將從能量觀點(diǎn)證明兩個(gè)給定的線圈有：就叫做這兩個(gè)線圈的互感系數(shù)，簡(jiǎn)稱為互感。它的單位：亨利（H）1M—互感系數(shù)。

與兩個(gè)回路的大小、形狀、相對(duì)位置及周?chē)橘|(zhì)的磁導(dǎo)率有關(guān)，與回路中是否通有電流無(wú)關(guān)。單位：HmHM大，表明兩者聯(lián)系越大，耦合程度越大互感有利也有害KR12

L由21電路接通電流建立過(guò)程

磁場(chǎng)儲(chǔ)存能量穩(wěn)態(tài)時(shí)：電源作功=焦耳熱I增加：電源作功=反抗

L作功+焦耳熱由12電路斷開(kāi)I減小：電源作功+

L作功=焦耳熱有能量?jī)?chǔ)存有能量放出電源作功<焦耳熱電源作功>焦耳熱結(jié)論：電源提供的一部分能量?jī)?chǔ)存在線圈的磁場(chǎng)內(nèi)§11.4磁能K接通時(shí)，討論t-t+dt時(shí)間乘Idt

電源作功焦耳熱磁能K12

LoIt0Wm

tt+dtWm

~

B、H

的關(guān)系？磁場(chǎng)的能量密度

均勻磁場(chǎng)以長(zhǎng)直螺線管為例L

S1RI（t）S2對(duì)穩(wěn)恒磁場(chǎng)非穩(wěn)恒時(shí)?0

S1I

S2任意時(shí)刻空間每一點(diǎn)的磁場(chǎng)都是確定的，對(duì)于確定的回路積分只有唯一確定的值。定理需要修正！方程的右邊還有一個(gè)物理量！§11.5麥克斯韋電磁場(chǎng)理論簡(jiǎn)介一、安培環(huán)路定理失效

產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因1、電流2、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的原因1、電荷二、位移電流、全電流定律2、變化的電場(chǎng)?Maxwell理論肯定了這一點(diǎn)！S1R

I（t）S2LId二、位移電流、全電流定律R

I（t）1、大小與電位移對(duì)時(shí)間的變化率相關(guān)。2、在產(chǎn)生磁場(chǎng)的作用方面與傳導(dǎo)電流等價(jià)。二、位移電流、全電流定律IID=

D

=DS=SIJ以平行板電容器為例

位移電流的特點(diǎn)1、只要電場(chǎng)隨時(shí)間變化，就有相應(yīng)的位移電流

位移電流的本質(zhì)是變化的電場(chǎng)2、位移電流與傳導(dǎo)電流是完全不同的概念，僅在產(chǎn)生磁場(chǎng)方面二者等價(jià)

I有電荷流動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生焦耳熱

Id無(wú)電荷流動(dòng)。高頻時(shí)介質(zhì)也發(fā)熱，那是分子反復(fù)極化造成

安培定理修正

I全Maxwell方程之一三、

Maxwell方程