第十六章 电磁感应和电磁波.ppt

* 第十六章 电磁感应和电磁波 电磁感应现象的发现是电磁学发展史上的一个重要成就，它进一步揭示了自然界电现象与磁现象之间的联系。 电磁感应现象的发现，在理论上，它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实验基础，促进了电磁场理论的形成和发展；在实践上，它为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路，标志着一场重大的工业和技术革命的到来。事实证明，电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面的广泛应用对推动社会生产力和科学技术的发展发挥了重要的作用。　 主要内容 16.2 法拉第电磁感应定律 16.3 动生电动势和感生电动势 16.4 自感和互感 16.5 麦克斯韦方程组 电磁波 16.1 电源及电动势 1.电源及电源的作用 为了维持稳恒电流 在电路中必然存在电源 电源：提供非静电力的装置 非静电力场强： 描述电源性能的物理量是电动势 §16.1 电源及电动势 2.电动势 把单位正电荷经电源内部由负极移向正极过程中 非静电力所作的功 由于非静电力只存在于电源中 所以电动势还可写为 L应是包括电源的任意回路 一、电磁感应定律 电磁感应现象的发现 1820年，Oersted发现了电流的磁效应 1831年11月24日，Faraday发现电磁感应现象 1834年，Lenz在分析实验的基础上，总结出了判断感应电流分向的法则 电磁感应现象 简要介绍电磁感应现象 §16.2 法拉第电磁感应定律 法拉第(Michael Faraday 1791—1867) 伟大的英国物理学家和化学家，也是著名的自学成才的科学家。法拉第主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的。他是电磁理论的创始人之一，于1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转。 单位:1V=1Wb/s 2、电动势方向: 1、内容： 当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都有感应电动势产生，并且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。 负号表示感应电动势 总是反抗磁通的变化 1834年楞次提出一种判断感应电流的方法，再由感应电流来判断感应电动势的方向。 内容： 闭合回路中感应电流的方向总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。 磁通链数: 3、讨论： (1)若有N匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为? 1、 ? 2 、 ? 3 ? 若每匝磁通量相同 (2)闭合回路中的感应电流 应用：判断感应电动势的方向 问题：将磁铁插入非金属环中，环内有无感生电动势？有无感应电流？环内将发生何种现象 磁通量是磁感应强度对某曲面S的面积分。引起磁通量变化的原因有两种： 1．磁场不变，回路全部或局部在稳恒磁场中运动——动生电动势 2．回路不动，磁场随时间变化——感生电动势 当上述两种情况同时存在时，则同时存在动生电动势与感生电动势。 §16.3 动生电动势和感生电动势 1、从运动导线切割磁场线导出动生电动势公式 等于导线单位时间切割磁场线的条数。 2、从运动电荷在磁场中所受的洛仑兹力导出动生电动势公式 一、动生电动势 Fm Fe 3、动生电动势产生过程中的能量转换 每个电子受的洛仑兹力 洛仑兹力对电子做功的代数和为零 对电子做正功 反抗外力做功 结论：洛仑兹力的作用并不提供能量，而只是传递能量，即外力克服洛仑兹力的一个分量 f⊥所做的功，通过另一个分量 f//转换为动生电流的能量。实质上表示能量的转换和守恒。 4、动生电动势的计算 闭合导体回路 不闭合回路 例1：一根长度为L的铜棒，在磁感应强度为B的均匀的磁场中，以角速度w 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端O作匀速运动，试求铜棒两端之间产生的感应电动势的大小。 解法2：用法拉第电磁感应定律 解法1：按定义式解 例2：法拉第电机，设铜盘的半径为 R，角 速度为?。求盘上沿半径方向产生的电动势。 解:法拉第电机可视为无数铜棒一端在圆心，另一端在圆周上，即为并联，因此其电动势类似于一根铜棒绕其一端旋转产生的电动势。 二、感生电动势 穿过导体回路的磁通量发生变化时，在回路中产生的感应电动势称为感生电动势. 1、感生电动势 实验发现这个感生电动势的大小、方向与导体的种类和性质无关，仅由变化的磁场本身引起。Maxwell 敏锐地感觉到感生电动势的现象预示着有关电磁场的新的效应。 2、感生电场 即使不存在导体回路，变化的磁场在其周围空间也激发一种电场它提供一种非静电力能产生感生电动势，这电场叫做感生电场，或涡旋电场。 3、感生电场与变化磁场的关系 电源电动势的定义 电磁感应定律 显然，感生电场的电场线是无头无尾的闭