电磁感应精选PPT.ppt

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1、关于电磁感应第1页，讲稿共42张，创作于星期二 电磁感应现象的发现是电磁学领域最重大电磁感应现象的发现是电磁学领域最重大的成就之一。在理论上，它为揭示电与磁之间的成就之一。在理论上，它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定了实验基础，而且电磁的相互联系和转化奠定了实验基础，而且电磁感应定律本身就是麦克斯韦电磁理论的基本组感应定律本身就是麦克斯韦电磁理论的基本组成部分之一。在实践上，它为人类获取巨大而成部分之一。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。业和技术革命的到来。第2页，讲稿共42张，创作于星期二 18

2、20年，年，奥斯特奥斯特发现了电流的磁效应，发现了电流的磁效应，从一个侧面揭示了长期以来一直认为是彼此从一个侧面揭示了长期以来一直认为是彼此独立的电现象和磁现象之间的联系。独立的电现象和磁现象之间的联系。既然电流可以产生磁场，磁场是否也能既然电流可以产生磁场，磁场是否也能产生电流？产生电流？法拉第法拉第深信磁产生电流一定会成深信磁产生电流一定会成功，并决心用实验来证实这一信念。功，并决心用实验来证实这一信念。20.1法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 第3页，讲稿共42张，创作于星期二英国物理学家英国物理学家法拉第法拉第Michael Faraday17911867第4页，讲稿共42张，创作

3、于星期二戴维戴维 1778 1829 第5页，讲稿共42张，创作于星期二 一一.感应电动势感应电动势电磁感应现象的基本事实电磁感应现象的基本事实(1)磁棒插入或拔出未接电源的线圈，有电流产生。磁棒插入或拔出未接电源的线圈，有电流产生。(2)通有电流的线圈代替磁棒作上述实验。通有电流的线圈代替磁棒作上述实验。第6页，讲稿共42张，创作于星期二(3)两个线圈位置固定，改变与电源串联的原线圈中的电两个线圈位置固定，改变与电源串联的原线圈中的电流，会在另一线圈流，会在另一线圈(副线圈副线圈)内引起电流。内引起电流。(4)均匀恒定磁场中，一边滑动，导线框有电流产生。均匀恒定磁场中，一边滑动，导线框有电流

4、产生。当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中将产生当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中将产生感应电流或感应电动势。感应电流或感应电动势。结论：结论：第7页，讲稿共42张，创作于星期二 法拉第法拉第于于1831年总结出规律：年总结出规律：感应电动势感应电动势正方向约定：正方向约定：正向与回路正向与回路映了映了楞次定律楞次定律。L导导体体回回路路L的正绕向成的正绕向成右手螺旋关系。右手螺旋关系。在此约定下，在此约定下，式中的负号反式中的负号反第8页，讲稿共42张，创作于星期二楞次定律楞次定律 闭闭合合回回路路中中感感应应电电流流的的方方向向，总总是是使使得得它它所所激激发发的的磁磁场场来来阻

5、阻止止引引起感应电流的磁通量的变化。起感应电流的磁通量的变化。也可表述为：也可表述为：感感应应电电流流的的效效果果，总总是是反反抗抗引起感应电流的引起感应电流的原因原因。1804 1865楞次楞次Heinrich Friedrich Emil Lenz 第9页，讲稿共42张，创作于星期二感应电动势的方向感应电动势的方向 第10页，讲稿共42张，创作于星期二 楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象上的具体体现。感楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象上的具体体现。感应电流在闭合回路中流动时将释放焦耳热。按楞次定律，磁棒插应电流在闭合回路中流动时将释放焦耳热。按楞次定律，磁棒插入线圈或从线圈中拔出，必

6、须克服斥力或引力作机械功，正是它入线圈或从线圈中拔出，必须克服斥力或引力作机械功，正是它转化成了感应电流所释放的焦耳热。转化成了感应电流所释放的焦耳热。在有些问题中并不要求具体确定感应电流的方向，而在有些问题中并不要求具体确定感应电流的方向，而只要判断感应电流所引起的机械效果，这时采用楞次定律只要判断感应电流所引起的机械效果，这时采用楞次定律的后一种表述来分析更为方便。的后一种表述来分析更为方便。电磁阻尼电磁阻尼 电磁仪表中的指针的摆动能够迅速稳定下来，电气火车中电磁仪表中的指针的摆动能够迅速稳定下来，电气火车中的电磁制动，都是根据电磁阻尼的原理。的电磁制动，都是根据电磁阻尼的原理。根据楞次定

7、律，感应电流的效果总是反抗引起感根据楞次定律，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因的，因此，铝片的摆动会受到阻力而迅应电流的原因的，因此，铝片的摆动会受到阻力而迅速停止，这种现象称为电磁阻尼。速停止，这种现象称为电磁阻尼。第11页，讲稿共42张，创作于星期二N 匝线圈匝线圈串联：串联：磁链磁链（magnetic flux linkage）若若则则令令于是有于是有第12页，讲稿共42张，创作于星期二二二.感应电流感应电流（induction current）R 回路电阻。回路电阻。时间间隔时间间隔 t1t2内，穿过回路导线截面的内，穿过回路导线截面的电量：电量：q 与过程进行的速度无关。与过

8、程进行的速度无关。测测q 可以得到可以得到 ，这就是这就是磁通计磁通计的原理。的原理。第13页，讲稿共42张，创作于星期二一一.动生电动势动生电动势线元线元 扫过的矢量面元为扫过的矢量面元为穿过面元穿过面元 S 的磁通为的磁通为 回路动引起的回路动引起的动生电动势动生电动势 动动磁场变引起的磁场变引起的感生电动势感生电动势 感感感应电动势感应电动势L d 10.2 动生电动势动生电动势（motional emf）nS面元面元第14页，讲稿共42张，创作于星期二动生电动势是洛仑兹力沿导线方向作功所致。动生电动势是洛仑兹力沿导线方向作功所致。设：设：为电荷为电荷q沿导线定向移动的速度，沿导线定向移

9、动的速度，为电荷为电荷q随导线线元随导线线元 移动的速度，移动的速度，+quVBdlq 受的洛仑兹力为受的洛仑兹力为由此形成的非静电性场强为：由此形成的非静电性场强为：0第15页，讲稿共42张，创作于星期二在一段导线中的动生电动势：在一段导线中的动生电动势：则则则则ababab 第16页，讲稿共42张，创作于星期二例例20.1 如图示，如图示，绕绕O轴转，角速度为轴转，角速度为 。求：求：解：解：lOAV dl金属杆金属杆第17页，讲稿共42张，创作于星期二二二.能量关系能量关系-洛仑兹力产生动生电动势，即洛仑兹力产生动生电动势，即洛仑兹力沿导线推动电子要作功，洛仑兹力沿导线推动电子要作功，这

10、和洛仑兹力对运动电荷不作功是这和洛仑兹力对运动电荷不作功是否矛盾？否矛盾？洛仑兹力洛仑兹力 和和 垂直，不作功！垂直，不作功！e 受的洛仑兹力为受的洛仑兹力为第18页，讲稿共42张，创作于星期二对电子作正功，产生动生电动势。对电子作正功，产生动生电动势。对电子作负功，阻碍导体运动。对电子作负功，阻碍导体运动。外力外力 克服克服 作功作功(消耗机械能消耗机械能)通过通过 转换为感应电流的能量转换为感应电流的能量-第19页，讲稿共42张，创作于星期二20.3 感生电动势和感生电场感生电动势和感生电场一一.感生电动势感生电动势（Induced emf）如图，如图，L不动，不动，符号规定：符号规定：由

11、此定出由此定出 法线的正向。法线的正向。(t)L（不动）（不动）的正向与的正向与L的绕向成右螺旋关系，的绕向成右螺旋关系，S第20页，讲稿共42张，创作于星期二二二.感生电场感生电场（induced electric field）实验表明，实验表明，麦克斯韦麦克斯韦（Maxwell）提出：提出：感生电场是感生电场是非保守场非保守场要研究一个矢量场，必须搞清它的要研究一个矢量场，必须搞清它的环量环量和和通量通量。的通量如何呢？的通量如何呢？变化的磁场可以变化的磁场可以激发非静电性质的电场激发非静电性质的电场 感生电场感生电场 有旋电场有旋电场（curl electricField），），它不存在

12、相应的它不存在相应的“势势”的概念。的概念。感感与导体回路的材料无关。与导体回路的材料无关。第21页，讲稿共42张，创作于星期二Maxwell假设：假设：线闭合，线闭合，这已被实验证实。这已被实验证实。线与线与即：即：线是相互套联的。线是相互套联的。第22页，讲稿共42张，创作于星期二感生电场总结：感生电场总结：有旋电场有旋电场无源场无源场与导体回路的材料无关与导体回路的材料无关,与该处有无导体回路无关。与该处有无导体回路无关。第23页，讲稿共42张，创作于星期二大块导体中的感应电流称大块导体中的感应电流称“涡流涡流”。热效应热效应电磁冶炼：电磁冶炼：高（中）频炉高（中）频炉 矿石矿石交流电源

13、交流电源三三.涡流涡流（eddy current）第24页，讲稿共42张，创作于星期二减小涡流的措施：减小涡流的措施：（t）绝缘层绝缘层硅钢片硅钢片横截面横截面割断了大的涡流割断了大的涡流第25页，讲稿共42张，创作于星期二它由两线圈的大小、它由两线圈的大小、20.4 互感互感（mutual inductance）一一.互感系数互感系数（coefficient of mutual inductance）M 称称互感系数，互感系数，12 12i2和介质情况决定。和介质情况决定。相对位形相对位形圈数、圈数、形状、形状、p.196第26页，讲稿共42张，创作于星期二M 的单位：的单位：互感电动势互感

14、电动势 规定：规定：右手右手螺旋螺旋右手右手螺旋螺旋同理互感电动势同理互感电动势 第27页，讲稿共42张，创作于星期二亨利亨利（Joseph Henry，17971878，美国物理学家美国物理学家）第28页，讲稿共42张，创作于星期二二二.互感系数的计算：互感系数的计算：哪条路方便，哪条路方便，就按哪条路计算。就按哪条路计算。12 12i2哪条路计算哪条路计算 M 方便？方便？思考思考线圈线圈1线圈线圈2第29页，讲稿共42张，创作于星期二介质情况等因素决定。介质情况等因素决定。20.5 自感自感（self-inductance）一一.自感系数自感系数（coefficient of self-

15、inductance）L=const.L 称称自感系数（电感量），自感系数（电感量），L的单位：的单位：为保证为保证L 0，规定规定 的正向与的正向与i 的正向成右手螺的正向成右手螺旋关系。旋关系。i它由线圈圈数、它由线圈圈数、形状、形状、尺寸、尺寸、H（亨利）（亨利）第30页，讲稿共42张，创作于星期二自感电动势自感电动势 L L 的正向与的正向与 i 的正向一致。的正向一致。二二.自感系数（电感）的计算自感系数（电感）的计算1.由由 L=/i 计算：计算：设设例如长直螺线管：例如长直螺线管：2.由由 计算：计算：由此可知：由此可知：自感系数自感系数第31页，讲稿共42张，创作于星期二三三.

16、自感（电感）的特点自感（电感）的特点自感线圈中自感线圈中由楞次定律得知，由楞次定律得知，i 的变化受到的变化受到 L 的阻碍，的阻碍，L对交流电流有对交流电流有感抗，感抗，但但对直流电流对直流电流畅通。畅通。（对对比比：电电容容器器电电压压不不能能突突变变，可可以以通通过过交交流流电电流流，而而隔断直流电流。）隔断直流电流。）不能突变。不能突变。自自感感和和互互感感统统称称为为电电感感，但但作作为为使使用用元元件件的的术术语语，电电感感通常是指自感，互感常称为变压器和电流互感器。通常是指自感，互感常称为变压器和电流互感器。第32页，讲稿共42张，创作于星期二 时间常量时间常量。KLRiR i

17、稳定稳定ii 0K K t t自感线圈中自感线圈中i的变化规律：的变化规律：（推导见书（推导见书p.193 例例20.8）e=2.7182818285第33页，讲稿共42张，创作于星期二演示演示电感中的电流不能突变电感中的电流不能突变在在K2 断开的情况下，断开的情况下，接通接通K1：D1 立刻亮立刻亮D2 迟些亮迟些亮K1和和 K2 接通的情况下，接通的情况下，再断开再断开K1：（需要（需要IL IR）。RLD1D2K1K2演示的电路图演示的电路图IRILD1 闪亮后熄灭闪亮后熄灭第34页，讲稿共42张，创作于星期二可产生可产生很高的很高的 L，易造成线圈绝缘被击穿和触点电腐蚀。易造成线圈绝

18、缘被击穿和触点电腐蚀。减小（减小（di/dt）的措施：）的措施：大电感（大电感（L大）断电时大）断电时（di/dt 大），大），。LRi。LRDi。LCi R：泄放电阻：泄放电阻（消耗磁能）（消耗磁能）C：续流电容：续流电容（充电续流）（充电续流）D：续流二极管：续流二极管（导通续流）（导通续流）第35页，讲稿共42张，创作于星期二对交流电路而言：对交流电路而言：令令2 fI0L=U0 iu LL2 ft0 2 iu L即在纯电感电路中，即在纯电感电路中，电压电压u的相位超前电流的相位超前电流 /2，而自感电动势而自感电动势 L的相位则落后于电流的相位则落后于电流 /2。第36页，讲稿共42张

19、，创作于星期二20.6 磁场能量磁场能量自感磁能自感磁能（推导见书（推导见书p.195）：）：（类比：（类比：）。）。对长直螺线管由对长直螺线管由 ，得：，得：磁能密度磁能密度这说明磁能储存于磁场中。这说明磁能储存于磁场中。第37页，讲稿共42张，创作于星期二上结果适用于除铁磁质外的一切线性磁化介质。上结果适用于除铁磁质外的一切线性磁化介质。磁场能量磁场能量 从能量角度理解电感中电流之所以不能突变，从能量角度理解电感中电流之所以不能突变，从磁能角度看，从磁能角度看，也可以从能量出发计算也可以从能量出发计算L：是因为磁能不能突变，是因为磁能不能突变，否则功率将为无限大。否则功率将为无限大。任何一个电流系统都有相应任何一个电流系统都有相应的电感量的电感量L，第38页，讲稿共42张，创作于星期二第第20章结束章结束第39页，讲稿共42张，创作于星期二第40页，讲稿共42张，创作于星期二时间时间：11月月17日上课时间日上课时间 （第第9周周周一周一）地点地点：三教三教2301请请隔列隔列入座。入座。请带好请带好学生证学生证、笔笔、计算器计算器。禁止使用手机等通讯工具。书包放在教室前面。禁止使用手机等通讯工具。书包放在教室前面。期中考试期中考试不考内容：不考内容：16.7,17.8,21第41页，讲稿共42张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第42页，讲稿共42张，创作于星期二