第10章变化的磁场和变化的电场.ppt

二. 磁能的分布 以无限长直螺线管为例 磁能 ? (2) 与电容储能比较 自感线圈也是一个储能元件，自感系数反映线圈储能的本领 * 第10章 变化的磁场和变化的电场 M.法拉第(1791~1869)伟大的物理学家、化学家、19世纪最伟大的实验大师。右图为法拉第用过的螺绕环 电流的磁效应 磁的电效应 电生磁 §10.1 电磁感应 法拉第的实验： 磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流 一线圈电流变化，在附近其它线圈中产生电流 电磁感应实验的结论 当穿过一个闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生变化时，回路中就出现感应电流 变 变 产生电磁感应 一. 电磁感应现象 ? ? 二. 电动势 电源 将单位正电荷从电源负极推向电源正极的过程中，非静电力所作的功 定义 表征了电源非静电力作功本领的大小 反映电源将其它形式的能量转化为电 能本领的大小 非静电性场强 ? ? 对闭合电路 三. 电磁感应定律 法拉第的实验规律 感应电动势的大小与通过导体回路的磁通量的变化率成正比 负号表示感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因 —— 楞次定律 ? (1) 若回路是 N 匝密绕线圈 (2) 若闭合回路中电阻为R 感应电荷 讨论 例 匀强磁场中，导线可在导轨上滑动， 解 在 t 时刻 回路中感应电动势。 求 若 两个同心圆环，已知 r1r2,大线圈中通有电流 I ,当小圆环绕直径以 ? 转动时 解 大圆环在圆心处产生的磁场 通过小线圈的磁通量 例 感应电动势 求 小圆环中的感应电动势 在无限长直载流导线的磁场中，有一运动的导体线框，导体线框与载流导线共面， 解 通过面积元的磁通量 （方向顺时针方向） 例 求 线框中的感应电动势。 §10.2 感应电动势 两种不同机制 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动（切割磁场线）— 动生电动势 相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变化—感生电动势 一. 动生电动势 单位时间内导线切割的磁场线数 电子受洛伦兹力 —— 非静电力 ? ? ? 非静电场 动生电动势 应用 磁场中的运动导线成为电源，非静电力是洛伦兹力 ? ? 讨论 (1) 注意矢量之间的关系 (2) 对于运动导线回路，电动势存在于整个回路 (法拉第电磁感应定律) (3) 感应电动势的功率 设电路中感应电流为I 导线受安培力 导线匀速运动 电路中感应电动势提供的电能是由外力做功所消耗的机械能转换而来的 (4) 感应电动势做功， 洛伦兹力不做功？ 洛伦兹力做功为零 例 在匀强磁场 B 中，长 R 的铜棒绕其一端 O 在垂直于 B 的 平面内转动，角速度为 ? ? O R 求 棒上的电动势 解 方法一 (动生电动势): dl 方向 方法二(法拉第电磁感应定律): 在 dt 时间内导体棒切割磁场线 方向由楞次定律确定 例 在半径为R 的圆形截面区域内有匀强磁场 B ，一直导线 垂直于磁场方向以速度 v 扫过磁场区。 求 当导线距区域中心轴 垂直距离为 r 时的动生电动势 解 方法一 ：动生电动势 方法二 ：法拉第电磁感应定律 在 dt 时间内导体棒切割磁场线 方向由楞次定律确定 二. 感生电动势 实验证明： 当磁场变化时，静止导体中也出现感应电动势 仍是洛伦兹力充当非静电力？ 电场力充当非静电力 麦克斯韦 提出： 无论有无导体或导体回路，变化的磁场都将在其周围空间产生具有闭合电场线的电场，并称此为感生电场或有旋电场 感生电动势 闭合回路中 是感生电场 ? 感生电场与变化磁场之间的关系 讨论 感生电场与静电场的比较 场源 环流 静电荷 变化的磁场 通量 静电场为保守场 感生电场为非保守场 静电场为有源场 感生电场为无源场 (闭合电场线) (1) 感生电场是无源有旋场 (磁生电) ? (2) 感生电场与磁场的变化率成左螺旋关系 空间存在变化磁场 在空间存在感生电场 (3) 当问题中既有动生、又有感生电动势，则总感应电动势为 (导体不闭合) (导体闭合) 设一个半径为R 的长直载流螺线管， 内部磁场强度为 ，若 为大于零 的恒量。求管内外的感应电场。 (4) 轴对称分布的变化磁场产生的感应电场 例 一被限制在半径为 R 的无限长圆柱内的均匀磁场 B ， B 均匀增加，B 的方向如图所示。 求 导体棒MN、CD的感生电动势 解 方法一(用感生电场计算): 方法二(用法拉第电磁感应定律): (补逆时针回路 OCDO) 由于变化磁场激起感生电场，则在导体内产生感应电流。 交变电流 高频感应加热原理 这些感应电流的流线呈闭合的涡旋状，故称涡电流(涡流) 交变电流 减小电流截