-感生电动势--感生电场课件.ppt

1、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 当导体当导体回路不动回路不动，由于，由于磁场变化磁场变化引起磁通量改引起磁通量改变而产生的感应电动势，变而产生的感应电动势，叫做叫做感生电动势感生电动势。变化的磁场变化的磁场在其周围激发了一种电场，这种电在其周围激发了一种电场，这种电场场称为称为感生电场感生电场。当闭合导线处于变化的磁场中时，。当闭合导线处于变化的磁场中时，感生电场作用于导体中自由电荷，从而引起导体中感生电场作用于导体中自由电荷，从而引起导体中的感生电动势和感生电流。的感生电动势和感生电流。以以 表示感生电场的场强，根据表示感生电场的场强，根据电源电

2、动势电源电动势的的定义及定义及电磁感应定律电磁感应定律，则有，则有iESLiStBlEdd上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 （1 1）场的存在并不取决于空间有无导体回路）场的存在并不取决于空间有无导体回路存在，存在，变化的磁场总是在空间激发电场变化的磁场总是在空间激发电场。（2 2）在自然界中存在着两种以不同方式激发）在自然界中存在着两种以不同方式激发的电场，所激发电场的性质也截然不同。由静止的电场，所激发电场的性质也截然不同。由静止电荷所激发的电荷所激发的静电场是保守力场（无旋场）静电场是保守力场（无旋场）；由由变化磁场所激发的变化磁场所激发的感生

3、电场不是保守力场（有旋感生电场不是保守力场（有旋场）场）。注意：注意：（3 3）线的绕行方向与线的绕行方向与所围的所围的 的方向构成的方向构成左螺旋左螺旋关系关系。tBEtBE当 时，与 同向。当 时，与 反向0tBtBB0tBtBB上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 感生电场与静电场的比较感生电场与静电场的比较 d0sLEr=rrddiLSBErSt=-蝌rrrr0dsSqESe=蝌rrd0iSES=蝌rrsE静电场静电场iE感生电场感生电场场场 源源环环 流流正负电荷正负电荷变化的磁场变化的磁场电电 势势势场势场非势场非势场不闭合不闭合闭合闭合通通

4、 量量场线场线上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 例例9-59-5 在半径为在半径为 的的无限长螺线管内部无限长螺线管内部的磁场的磁场 随时间作线性变化（随时间作线性变化（）时，求管内外时，求管内外的感生电场的感生电场 。ddBt=常量iERB BEEEErR 解：解：由场的对称性，变化由场的对称性，变化磁场所激发的磁场所激发的感生电场的电感生电场的电场线场线在管内外都是与螺线管在管内外都是与螺线管同轴的同心圆同轴的同心圆。任取一电场。任取一电场线作为闭合回路。线作为闭合回路。LiLilElEdddSBSt=-蝌rrirE21d2iSBESrtp=-蝌

5、rr或上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 （1 1）当）当 时时Rr ddSSBBSStt抖=抖蝌蝌rr2Brtp=2rBEt=-的的方向方向沿圆周切线，指向与圆周内的沿圆周切线，指向与圆周内的 成左旋关系。成左旋关系。tBddE BEEEErR上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出riERO（2 2）当）当 时时Rr 2dSBBSRttp抖=抖蝌rr22RBErt=-螺线管内外感生电场随离轴线距离的变化曲线螺线管内外感生电场随离轴线距离的变化曲线上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回

6、退出退出例例9-69-6 在半径为在半径为R的圆柱形的圆柱形体积体积内内充满充满磁感应强度为磁感应强度为 B（t）的均匀磁场的均匀磁场,有一长度为有一长度为 l 的金属棒放在磁场中的金属棒放在磁场中,如图所示如图所示,设设dB/dt t为已知，求棒两端的感生电动势为已知，求棒两端的感生电动势.解法解法1 1:选闭合回路选闭合回路 oab,方向为逆时针方向为逆时针diiLEre=rrdddaboiiioabErErEr=+蝌rrrrrr0d0biaEr=+rrdddBStt=-=-rr221d24BBLSL Rtt抖=-=-抖rr方向为方向为abRoBILababe=上页上页 下页下页 返回返回

7、 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出解法解法2 2:直接对感应电场积分直接对感应电场积分,方向为方向为ababdcos dbbiiiaaErEleq=蝌rrcosd2dd22babbaarBlthBhBllttq=抖=抖蝌421222LRLtBLtBhRoBILab上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 电子感应加速器是利用感应电场来加速电子的电子感应加速器是利用感应电场来加速电子的一种设备。一种设备。铁芯铁芯环形真空环形真空管管 道道线圈线圈电子束电子束上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出电子感应加速器

8、全貌电子感应加速器全貌电子感应加速器的一部分电子感应加速器的一部分上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 它的柱形电磁铁在两极间产生一个由中心向外它的柱形电磁铁在两极间产生一个由中心向外逐渐减弱、对称分布的磁场。在磁场中安置一个环逐渐减弱、对称分布的磁场。在磁场中安置一个环形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化形真空管道作为电子运行的轨道。当磁场发生变化时，就会沿管道方向产生感应电场，其电场线是一时，就会沿管道方向产生感应电场，其电场线是一系列绕磁感应线的同心圆。射入其中的电子就受到系列绕磁感应线的同心圆。射入其中的电子就受到这感应电场的持续作用而被

9、不断加速。这感应电场的持续作用而被不断加速。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出常量eBmvR对磁场设计的要求：对磁场设计的要求：为了使电子在环形真空室中按一定的轨道运动，为了使电子在环形真空室中按一定的轨道运动，电磁铁在真空室处的磁场的电磁铁在真空室处的磁场的 值必须满足值必须满足B)(dd1ddmvteRtB将上式两边对将上式两边对 进行微分进行微分t)(ddmveEtiREtBiddtRiEdd212tRtBdd21dd2 eiE0FiE-eF上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出BR2tBtBdd21ddBB

10、21 这是使这是使电子维持在恒定的圆形轨电子维持在恒定的圆形轨道上加速时磁场必须满足的条件道上加速时磁场必须满足的条件。于是有于是有上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出Bt一个周期内感生电场的方向一个周期内感生电场的方向电子感应加速器的感应电子感应加速器的感应电场方向随激发它的磁电场方向随激发它的磁场的正弦变化而变化。场的正弦变化而变化。由图示可见，只有由图示可见，只有1、4两个四分之一周期电子两个四分之一周期电子得到加速，而第四个得到加速，而第四个1/4周期由于洛仑兹力背离周期由于洛仑兹力背离圆心不能维持电子恒定圆心不能维持电子恒定的圆运动，故只有第一

11、的圆运动，故只有第一个个1/4周期可利用，这在周期可利用，这在实际当中已足够。目前实际当中已足够。目前可将电子加速到几十到可将电子加速到几十到几百兆电子伏。几百兆电子伏。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出当块状金属放在当块状金属放在变变化着的磁场化着的磁场中时，或者中时，或者在磁场中运动在磁场中运动时，时，金属金属体内也将产生感应电流体内也将产生感应电流。这种电流的流线是闭合这种电流的流线是闭合的，所以称的，所以称涡旋电流涡旋电流。因为大块导体的电阻很因为大块导体的电阻很小，所以小，所以涡旋电流强度涡旋电流强度很大很大。交交流流电电源源E Ei i上页

12、上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 由于大块金属电阻一般较小，导体中涡电流可由于大块金属电阻一般较小，导体中涡电流可以很大，在导体中产生大量焦耳热，此即以很大，在导体中产生大量焦耳热，此即感应加热感应加热原理原理。涡电流产生的焦耳热与外加电流的频率的平涡电流产生的焦耳热与外加电流的频率的平方成正比。当交变电流频率高达几百甚至几十千赫方成正比。当交变电流频率高达几百甚至几十千赫兹时，导体中的涡电流将产生大量焦耳热可利用。兹时，导体中的涡电流将产生大量焦耳热可利用。涡电流的利用：涡电流的利用：1.1.涡流冶炼金属涡流冶炼金属2.2.电动阻尼器电动阻尼器 3.3

13、.电磁灶电磁灶 应用：应用：4.4.电磁感应加热抽真空电磁感应加热抽真空上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 高频感应炉高频感应炉：利用金利用金属块中产生的涡流所发出属块中产生的涡流所发出的热量使金属块熔化。具的热量使金属块熔化。具有加热速度快、温度均匀、有加热速度快、温度均匀、易控制、材料不受污染等易控制、材料不受污染等优点。优点。阻尼摆阻尼摆：在一些电磁仪表中，常利用在一些电磁仪表中，常利用电磁阻尼电磁阻尼使摆动的指针迅速地停止在平衡位置上。电镀表中使摆动的指针迅速地停止在平衡位置上。电镀表中的制动铝盘，也利用了电磁阻尼效应。电气火车的的制动铝盘，也

14、利用了电磁阻尼效应。电气火车的电磁制动器等也都是根据电磁阻尼的原理设计的。电磁制动器等也都是根据电磁阻尼的原理设计的。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出线圈炮线圈炮轨道炮轨道炮 涡流的危害：涡流的危害：变压器、电机铁芯发热。变压器、电机铁芯发热。I lB上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出涡电流的危害：涡电流的危害：由于涡旋电流由于涡旋电流在导体中产生在导体中产生焦耳焦耳-楞次热楞次热，因此将，因此将有有能量的损失能量的损失。为。为避免能量的损失，避免能量的损失，常将发电机和变压常将发电机和变压器的铁芯做成层状器的铁芯做成层状的，用薄层绝缘材的，用薄层绝缘材料把各层隔开，以料把各层隔开，以减少损失。减少损失。IIII变压器铁芯中的涡电流变压器铁芯中的涡电流