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第七章电磁感应§7-1电磁感应定律一、电磁感应定律的发现1820年，Oersted发现电流磁效应Faraday的前期实验1824年，将强磁铁放在线圈中，线圈附近的小磁针不偏转。1825年，将导体回路放在另一通有强电流的回路附近，没有在导体回路中测到电流。1828年，设计了专门的装置，使回路与磁铁处于不同的位置，仍未见回路中产生电流。Ampere进行了类似实验，同样无结果。 实际上，在1822年Ampere和他的助手AugustedelaRive已经在实验上发现一个电流可以感应出另一个电流，但Ampere忽视了这一重大发现。Colladon实验（1823年） 实验：将磁铁插入螺线 管中或从其中拔出， 观察是否会在螺线管 线圈中产生电流。 失败：没有助手。“间接”电磁感应现象 在从1820年开始的漫长探索期间，电磁感应现象实际上已多次被观察到，只是表现形式比较间接。1822年，Arago和Humboldt在测量地磁时发现磁针附近的金属物体对磁针的振动有阻尼作用－－电磁阻尼现象。1824年，Arago圆盘实验－－电磁驱动。 旋转的铜盘可以带动悬掉于其上方的磁针转动，但有所滞后；反之以磁铁代替磁针，转动磁铁也会带动铜盘转动，二者的旋转也是异步的。1829年，Henry在研究用不同长度的导线缠绕的电磁铁的提举力时，发现当通电流的线圈与电源断开时，在断开处会产生强烈电火花－－自感现象。 （1832年Henry读到Faraday电磁感应的论文摘要后重新开始研究，同年发表有关自感的论文）1831年，Faraday发现电磁感应现象 将线圈A的开关闭合时，小磁针发生偏转，振动并最终停在原来的位置上；再将线圈A的开关断开时，小磁针同样发生偏转，振动并最终停在原来的位置上，只是偏转的方向相反。 同年Faraday又做了多个实验，确定了电磁感应是一种在变化和运动过程中才出现的暂态效应。二、Faraday电磁感应定律 1.电磁感应的共同规律通过导体回路的磁通量变化产生感应电动势感应电动势的大小只与磁通量变化的快慢有关感应电动势总是企图产生一个附加的磁通以阻碍变化 1845年，Neumann给出电磁感应定律的定量表达式：2.讨论感应电动势是本质，是产生感应电流的原因。即使无感应电流，也会有感应电动势。感应电动势由磁通量的变化产生，而与磁通量本身的大小无关。?的方向，即负号的物理意义： 感应电动势引起的电流产生的磁通量总是阻碍引起感应电动势的原因－－楞次定理。 由楞次定理确定?的方向。§7-2动生电动势和感生电动势一、动生电动势 1.闭合线圈2.一段导体 1）若?0，a、b两点哪个电势高？ 2）作为电源 因此就是非静电力 3）导体中的电荷受力： 洛仑兹力。动生电动势产生于磁场对运动导体内自由电荷的洛仑兹力。 问题：电源电动势来源于非静电力做功，但洛仑兹力不做功。3.再论洛仑兹力不做功 导线以速度运动，导 线内电子受洛仑兹力， 产生一个向下的速度， 合速度为。若要导体保持匀速运动，则必须提供外力：功率：因此： 1）洛仑兹力做功：P=P1+P2=0 洛仑兹力不提供能量，只转移能量。 2）外力做功： 外力通过克服洛仑兹力的一个分量f’所做的功通过洛仑兹力的另一个分量f转化为电能。 3）动生电动势可以完全为静电场规律所证明，没有提供新的规律。二、感生电动势 1.感生电动势2.涡旋电场 定义 静电场：由电荷产生。 涡旋电场：由变化的磁场产生。 与静电场不同－－新的物理规律。 总电场例题 如图，磁感应强度B在圆内均匀，且以恒定速率随时间变化：求下列情况下a、b两点的电势差。1）a、b间以跨过二、三、四象限的圆弧导线相连；2）a、b间以跨过第一象限的圆弧导线相连；3）a、b间没有导线连接。3.涡旋电场存在时电场的Gauss定理 Gauss定理不变： 因为涡旋电场的电场线都是闭合的。4.变化磁场的Gauss定理因此对于由S1和S2构成的闭合曲面S，有：四、电磁感应和相对性原理考虑一个磁铁与线圈的相对运动：运动物体