电磁感应电磁场 (3)精选PPT.ppt
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1、关于电磁感应电磁场(3)第1页,讲稿共60张,创作于星期二 2010203040G(1)磁铁与线圈相对运动磁铁与线圈相对运动一、电磁感应现象一、电磁感应现象8-1 电磁感应电磁感应 1831年年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,他的发现来源于一系列的实验他的发现来源于一系列的实验:(2)金属棒切割磁力线)金属棒切割磁力线010203040GSN第2页,讲稿共60张,创作于星期二 当当空空间间存存在在磁磁场场和和导导体体回回路路时时,由由于于磁磁场场的的变变化化或或回回路路(或或部部分分回回路路)的的运运动动,会会在在导导体体回回路路中中产产生生瞬瞬间
2、间电电流流,这这种种现现象象称称为为电电磁磁感感应应现现象象,产产生生的的电电流流称称为为感感应应电电流流,而而电电流流的的产产生生必必然然存存在在电电动动势,把产生感应电流的电动势称为势,把产生感应电流的电动势称为感应电动势感应电动势。3电磁感应电磁感应现象:线圈内磁场变化,回路不变;现象:线圈内磁场变化,回路不变;磁场不磁场不变,回路变化。变,回路变化。8-1 电磁感应电磁感应电磁感应现象电磁感应现象实质实质线圈回路的磁通量线圈回路的磁通量变化。变化。实实验验表表明明 第3页,讲稿共60张,创作于星期二 4 一个圆形线圈在均匀磁场中运动,判断在下列几一个圆形线圈在均匀磁场中运动,判断在下列
3、几种情况下是否会产生感应电流种情况下是否会产生感应电流:线圈沿磁场方向平移;线圈沿磁场方向平移;线圈沿垂直磁场方向平移;线圈沿垂直磁场方向平移;线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向平行;线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向平行;线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向垂直;线圈以自身的直径为轴转动,轴与磁场方向垂直;(否否)8-1 电磁感应电磁感应思考题思考题1(否否)(否否)(是是)第4页,讲稿共60张,创作于星期二 58-1 电磁感应电磁感应二、楞次定律二、楞次定律表表述述1在在闭闭合合导导体体回回路路中中,感感应应电电流流激激发发的的磁磁场场所所产产生的磁通量,总是阻碍原磁场磁通量的变
4、化。生的磁通量,总是阻碍原磁场磁通量的变化。第5页,讲稿共60张,创作于星期二 68-1 电磁感应电磁感应表表述述2当当导导体体回回路路(或或部部分分回回路路)在在磁磁场场中中做做切切割割磁磁感感线线的的运运动动时时,感感应应电电流流所所受受的的原原磁磁场场施施加加的的安安培力,总是阻碍导体的运动。培力,总是阻碍导体的运动。第6页,讲稿共60张,创作于星期二 78-1 电磁感应电磁感应三、法拉第电磁感应定律三、法拉第电磁感应定律 感应电动势的大小等于回路中磁通量随时间的变化率,感感应电动势的大小等于回路中磁通量随时间的变化率,感应电动势的方向与磁通量的变化方向相反,即:应电动势的方向与磁通量的
5、变化方向相反,即:“”代表的方向,它反映了感应电动势的阻碍作用。代表的方向,它反映了感应电动势的阻碍作用。利用利用该该定律可求出定律可求出电动势电动势的大小和方向的判定。电的大小和方向的判定。电动势方向也可采用楞次定律来判断。动势方向也可采用楞次定律来判断。电磁感应定律电磁感应定律第7页,讲稿共60张,创作于星期二 88-1 电磁感应电磁感应对对于一个于一个 N 匝匝线线圈圈组组成的回路成的回路:当每匝线圈的磁通量都相等时,当每匝线圈的磁通量都相等时,定义:定义:线圈的磁通链线圈的磁通链数为数为则则有:有:第8页,讲稿共60张,创作于星期二 98-1 电磁感应电磁感应设设回路的回路的电电阻阻为
6、为 R,回路中的感应电流为:回路中的感应电流为:在在 时间内,通过回路的总电荷为:时间内,通过回路的总电荷为:可见:可见:感应电流的大小和方向与磁通量的变化率相关,感应电流的大小和方向与磁通量的变化率相关,而感应电荷却与磁通量的变化量相关。而感应电荷却与磁通量的变化量相关。第9页,讲稿共60张,创作于星期二 108-1 电磁感应电磁感应 利用磁通量的利用磁通量的变变化制作出的磁通化制作出的磁通计计,广泛用于,广泛用于地地质质勘探和地震勘探和地震监测监测中,探中,探测测地球磁地球磁场场的的变变化。化。第10页,讲稿共60张,创作于星期二 8-1 电磁感应电磁感应 电动势的形成需要电动势的形成需要
7、非静电力非静电力,那么电磁感应现象中的非,那么电磁感应现象中的非静电力是什么呢?静电力是什么呢?四、感应电动势的成因四、感应电动势的成因电动势的定义:电动势的定义:电源电源电动势电动势 电源电动势的大小,等于将单位正电荷从电源电动势的大小,等于将单位正电荷从负极经电源内部移至正极时,非静电力所作的负极经电源内部移至正极时,非静电力所作的功。功。电动势为:电动势为:11第11页,讲稿共60张,创作于星期二 8-1 电磁感应电磁感应12 当导体切割磁力线时,当导体切割磁力线时,洛仑兹力洛仑兹力充当了移动电荷的非充当了移动电荷的非静电力,导体两端形成稳定的电势差的条件为:静电力,导体两端形成稳定的电
8、势差的条件为:动生电动势第12页,讲稿共60张,创作于星期二 138-1 电磁感应电磁感应例题例题1 动生电动势动生电动势 长为长为 的导体棒的导体棒 OA 在匀强磁在匀强磁场中沿顺时针方向转动。角速为场中沿顺时针方向转动。角速为 。试求导体棒中产生的感应电动势。试求导体棒中产生的感应电动势。棒棒的的转转动动切切割割了了磁磁感感线线,在在棒棒中中将将产产生生感感应应电电动动势势,这这种种磁磁场场不不变变、由由导导体体运运动动产产生生的的感感应电动势应电动势,称,称为为动动生生电动势电动势。解解:OA 棒上各部分运动速度不等,则任取一线元棒上各部分运动速度不等,则任取一线元 ,其上产生的感应电动
9、势为:,其上产生的感应电动势为:第13页,讲稿共60张,创作于星期二 148-1 电磁感应电磁感应OA 棒上的棒上的动动生生电动势为电动势为:由于由于 三者相互垂直,则三者相互垂直,则 的方向由的方向由 O 指向指向 A第14页,讲稿共60张,创作于星期二 158-1 电磁感应电磁感应例例题题2 感生感生电动势电动势 无限无限长长直直载载流流导线导线中通有随中通有随时间变时间变化的化的电电流流为为 为(常数),矩形导体线框置于图示位置为(常数),矩形导体线框置于图示位置固定不动。试求导体线框中产生的感应电动势。固定不动。试求导体线框中产生的感应电动势。解:解:分析磁场分布特点,分割分析磁场分布
10、特点,分割线圈面积。线圈面积。对对任意面元任意面元 ,其,其磁磁通量为:通量为:第15页,讲稿共60张,创作于星期二 168-1 电磁感应电磁感应 矩形线框的磁通量为:矩形线框的磁通量为:线框中产生的感应电动势为:线框中产生的感应电动势为:通常把这种导体回路不变、由磁场变化产生的感应通常把这种导体回路不变、由磁场变化产生的感应电动势,称为电动势,称为感生电动势感生电动势。第16页,讲稿共60张,创作于星期二 178-1 电磁感应电磁感应五、发电机五、发电机法拉第发电机法拉第发电机 电磁感应定律最伟大应用之一电磁感应定律最伟大应用之一发电机发电机 电磁铁式发电机电磁铁式发电机第17页,讲稿共60
11、张,创作于星期二 风力发电机风力发电机 水轮发电机水轮发电机 8-1 电磁感应电磁感应工工作作原原理理:利利用用导导体体线线圈圈在在磁磁场场中中转转动动,在在线线圈圈中中将将产产生感应电流或感应电动势,由此把机械能转换为电能。生感应电流或感应电动势,由此把机械能转换为电能。18第18页,讲稿共60张,创作于星期二 198-1 电磁感应电磁感应转动线圈转动线圈滑环滑环SN电刷电刷交流发电机交流发电机 当当线线圈圈在在动动力力机机的的作作用用下下匀匀速速转转动动时时,线线圈圈中中就就会会产产生生感感应应电电动动势势,通通过过电电刷刷将将电电动动势势引引出出。由由于于线线圈圈的的转转动动方方向向不不
12、变变,线线圈圈中中感感应应电电动动势势的的大大小小和和方方向向都都会会不不断断变变化化,从从而向外回路输出交流电。而向外回路输出交流电。第19页,讲稿共60张,创作于星期二 208-1 电磁感应电磁感应线圈中的感应电动势为:线圈中的感应电动势为:输出电流为:输出电流为:任意任意时时刻穿刻穿过过N 匝、面积为匝、面积为 S 的线圈的磁通链数为:的线圈的磁通链数为:令令 ,则,则 第20页,讲稿共60张,创作于星期二 输出信号输出信号 发电机输出的最大电压发电机输出的最大电压发电机输出的最大电流发电机输出的最大电流 218-1 电磁感应电磁感应第21页,讲稿共60张,创作于星期二 228-1 电磁
13、感应电磁感应五、自感和互感五、自感和互感 1、自感现象、自感现象 由由自自身身电电流流变变化化而而引引起起的的电电磁磁感感应应现现象象。其其中中产产生生的的感感生生电电动势称之为动势称之为自感电动势自感电动势。载流线圈的磁通量为:载流线圈的磁通量为:自感取决于线圈的形状、大小以及周围的磁介质自感取决于线圈的形状、大小以及周围的磁介质 称自感系数称自感系数,单位为亨(,单位为亨(H)第22页,讲稿共60张,创作于星期二 238-1 电磁感应电磁感应线圈中的自感电动势线圈中的自感电动势为:为:“”表示自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化表示自感电动势总是阻碍线圈中电流的变化 在人们拔插头的瞬间,在人
14、们拔插头的瞬间,经经常常看到插看到插头头与插座之与插座之间间会会产产生火花,生火花,请请分析火花分析火花产产生的原因。生的原因。思考思考题题2第23页,讲稿共60张,创作于星期二 24自感的利用:自感的利用:稳流稳流、LC 谐振电路、感应圈、扼流圈等谐振电路、感应圈、扼流圈等.扼流圈扼流圈8-1 电磁感应电磁感应第24页,讲稿共60张,创作于星期二 258-1 电磁感应电磁感应2、互感现象、互感现象 I1线圈线圈1线圈线圈2I2 当线圈当线圈1中的电流变化时,中的电流变化时,电流在其周围激发的磁场随之电流在其周围激发的磁场随之改变,从而导致磁场在线圈改变,从而导致磁场在线圈2中中的磁通量发生变
15、化,在线圈的磁通量发生变化,在线圈2中中产生感生电动势的现象。其中产生感生电动势的现象。其中产产生的电动势称为生的电动势称为互感电动势。互感电动势。线圈中的磁通量:线圈中的磁通量:第25页,讲稿共60张,创作于星期二 268-1 电磁感应电磁感应为互感系数,单位也为亨利(为互感系数,单位也为亨利(H)对于两个线圈组成的互感系统:对于两个线圈组成的互感系统:互感电动势互感电动势为:为:“”表示一个线圈中的互感电动势总是阻碍另一个表示一个线圈中的互感电动势总是阻碍另一个线圈中的电流变化。线圈中的电流变化。取决于两个线圈的形状、大小、相对位置和取决于两个线圈的形状、大小、相对位置和周围磁介质周围磁介
16、质。第26页,讲稿共60张,创作于星期二 278-1 电磁感应电磁感应3、变压器、变压器 初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈 互感现象重要的应用之互感现象重要的应用之一一变压器变压器,是用来改变交,是用来改变交流电压的一种设备流电压的一种设备。若忽略线圈内阻,则变压器的初级、次级线圈两端若忽略线圈内阻,则变压器的初级、次级线圈两端电压之比跟它们的匝数成正比,即:电压之比跟它们的匝数成正比,即:称称为为变压变压比比 第27页,讲稿共60张,创作于星期二 288-1 电磁感应电磁感应变压器为变压器为降压变压器降压变压器。变压器为变压器为升压变压器升压变压器。第28页,讲稿共60张,创作于星期二 29
17、4、磁场的能量、磁场的能量LK 当它通有电流时,电流不能突变,当它通有电流时,电流不能突变,线圈中将产生自感电动势,对电流的线圈中将产生自感电动势,对电流的增长起阻碍作用。在建立磁场的过程增长起阻碍作用。在建立磁场的过程中,电源必须克服自感电动势作功,中,电源必须克服自感电动势作功,电源所做的这部分功,就以磁能的形电源所做的这部分功,就以磁能的形式储存在线圈内。式储存在线圈内。8-1 电磁感应电磁感应时间时间内内电电源克服自感源克服自感电动势电动势做的功做的功为为:第29页,讲稿共60张,创作于星期二 308-1 电磁感应电磁感应 当当电电流由流由 0 0 增大到增大到稳稳定定值值时时 ,电源
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