第17章(电磁感应)课件.ppt
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- 17 电磁感应 课件
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1、前言前言 历史背景:社会对电力的需求(历史背景:社会对电力的需求(18001800年,伏年,伏打电池,可以获得持续电流,代价昂贵)打电池,可以获得持续电流,代价昂贵)奥斯特(奥斯特(18201820年)年)电流磁效应电流磁效应电与磁的相互作用,电与磁的相互作用,电电 磁,磁磁,磁 电电 A接电池组接电池组 B法拉第法拉第第一次成功的实验第一次成功的实验(1831年年8月月29日)日)法拉第法拉第(1821-1831年)年)磁的电效应磁的电效应?二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电磁感应定律 感应电动势感应电动势induction emfinduction emfdtd 1、dtd感应电动势是由感
2、应电动势是由磁通量的变化引起的磁通量的变化引起的SSdBdtddtdB的变化的变化感生感生S的变化的变化动生动生2 2、负号、负号表示感应电动势的方向表示感应电动势的方向 首先首先任定任定回路的绕行方向回路的绕行方向 磁通量磁通量方向与绕行方向成右手螺旋时方向与绕行方向成右手螺旋时规定为规定为正正 感应电动势的方向感应电动势的方向与与磁通量变化磁通量变化方向方向相反相反 均匀磁场均匀磁场B.B均匀磁场均匀磁场0dtdB若取若取绕行方向绕行方向,如图所示如图所示判断回路判断回路L中感应电动势的方向中感应电动势的方向L磁通量的变化方向与磁场的方向磁通量的变化方向与磁场的方向一致,一致,为正为正0d
3、td则则0dtd即即与与L的的绕行方向相反绕行方向相反若取若取绕行方向绕行方向,如图所示如图所示磁通量的变化方向磁通量的变化方向为负为负0dtd即即0dtd则则与与L的的绕行方向相同绕行方向相同.B均匀磁场均匀磁场L.B均匀磁场均匀磁场3.3.楞次定律楞次定律 Lenz lawLenz law 闭合回路中感应电流的方向,总是闭合回路中感应电流的方向,总是使它所激发的磁场来使它所激发的磁场来阻碍阻碍引起感应引起感应电流的磁通量的变化。电流的磁通量的变化。L0dtdB若若0dtdB若若回路中磁通的变化方向与回路中磁通的变化方向与磁场的方向磁场的方向一致一致感应电流激发的磁场方向感应电流激发的磁场方
4、向与与磁通的变化方向磁通的变化方向相反相反回路中磁通的变化方向与回路中磁通的变化方向与磁场的方向磁场的方向相反相反感应电流激发的磁场方向感应电流激发的磁场方向与与磁通的变化方向磁通的变化方向相反相反.B均匀磁场均匀磁场L.4 4、磁链磁链 magnetic flux linkagemagnetic flux linkage对于对于N 匝串联回路,每匝中穿过的磁通分别为匝串联回路,每匝中穿过的磁通分别为iiN,21则有则有Ni21dtddtddtdN21dtdi磁磁链链 5 5、纯电阻电路中的、纯电阻电路中的感应电流感应电流和和感应电荷感应电荷RdtdtdRIdtqtt11时间通过的电量时间通过
5、的电量tdtdRRI1回路中的感应电流回路中的感应电流例例1.1.直导线通交流电,置于磁导率为直导线通交流电,置于磁导率为 的的介质中介质中求:与其共面的求:与其共面的N 匝矩形回路中的感应电动势匝矩形回路中的感应电动势解:解:设当设当I I 0 0时,电流方向如图时,电流方向如图LI SSdBNN ladtIIsin0已知已知其中其中I0 和和 是大于零的常数是大于零的常数取回路取回路L方向如图示方向如图示xo建立坐标系建立坐标系sd在任意坐标处取一面元在任意坐标处取一面元sd SBdsNldxxINadd 2dadIlN ln2 dadtlNI lnsin20 dadtlNIr lncos
6、200 交变的电动势交变的电动势LIladxosddtd 232 t 22 t0 i i0 i idadtlNI lnsin20 I 恒定,平面恒定,平面线圈以速率线圈以速率v向右运动,向右运动,结果如何?结果如何?把感应电动势分为两种基本形式把感应电动势分为两种基本形式 动生电动势动生电动势 motional emfmotional emf 感生电动势感生电动势 induced emfinduced emf下面下面研究的问题是研究的问题是:产生动生电动势的非静电力?:产生动生电动势的非静电力?产生感生电动势的非静电力?性质?产生感生电动势的非静电力?性质?LIladxosd SSdBN ld
7、xxINavtvt 2设设t=0,x=0;则则t 时刻时刻x=vt vtavtIlNln)ln(2 dtd 10.2 10.2 动生电动势动生电动势Blv由楞次定律定方向由楞次定律定方向1 1、典型装置:、典型装置:导线导线 ab在均匀磁场中作在均匀磁场中作切割磁力线运动切割磁力线运动电动势怎么计算?电动势怎么计算?B均匀磁场均匀磁场lvabiab法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 BSdtddtd OxBlv dtdxBl 设回路设回路L方向如图方向如图L负号说明电动势方向与负号说明电动势方向与L方向方向相反相反2 2、形成动生电动势的机制、形成动生电动势的机制因此形成动生电动势非静电力因
8、此形成动生电动势非静电力洛仑兹力洛仑兹力Bvefm BvEne Bv dl l dBvl dEnem vBlvBdlbam veB均匀磁场均匀磁场lvabfm导体内的自由电子随导体以导体内的自由电子随导体以速率速率v 运动,受到洛伦兹力:运动,受到洛伦兹力:在导体内部可等效视为存在在导体内部可等效视为存在“非静非静电场电场”,其场强为:,其场强为:iabdtd 适用于一切产生电动势的回路适用于一切产生电动势的回路注意注意 l dBvm 适用于切割磁力线的导体适用于切割磁力线的导体结论结论只有导线作横切磁力线运动,只有导线作横切磁力线运动,才能产生动生电动势才能产生动生电动势B均匀磁场均匀磁场B
9、均匀磁场均匀磁场vv0 BvBv l d 0 l dBv洛仑兹力作功吗?洛仑兹力作功吗?Bvefm ve电子随导电子随导线的运动线的运动速度速度mf方向如图方向如图,evBfm u电子电子漂移漂移速度速度Buefm 方向如图方向如图,euBfm mf vu mmff 功率:功率:vuffmm )()(vufvufmm vfufmm 0 euBvevBu洛仑兹力不作功洛仑兹力不作功它是功的转移者它是功的转移者动生电动势作功能动生电动势作功能量从哪里来?量从哪里来?动生电动势做功功率:动生电动势做功功率:P=I=IBlvab受磁力:受磁力:Fm=IBl 方向向左方向向左若使若使ab保持匀速运动,则
10、需要外力保持匀速运动,则需要外力Fext与与Fm平衡:平衡:B均匀磁场均匀磁场IextFabmFv mextFF 所以外力功率:所以外力功率:Pext=Fextv=IBlv结论:电能由外力做功所消耗的机械能结论:电能由外力做功所消耗的机械能转化而来。转化而来。3.动生电动势的计算方法动生电动势的计算方法dtd)2(l dBvm)1(例例1导线导线ab以匀角速度以匀角速度 绕绕a端在垂直于匀强磁场端在垂直于匀强磁场B的的平面内转动。求平面内转动。求ab上的感应电动势,哪端电势高?上的感应电动势,哪端电势高?Babl dv解:方法一:用解:方法一:用l dBvm取取 如图所示如图所示l d2)()
11、(21LBBdllbab端电势高(右手定则)端电势高(右手定则)方法二:用方法二:用dtd设计闭合回路如图所示设计闭合回路如图所示b端电势高(楞次定律)端电势高(楞次定律)22221212BLBsLLs221122ddBLBLdtdt abBabzBLlldvBvBvBrBlBsin cosvBdl ldlB 2sin LldlBd02sin 22sin2LB解:解:dl在坐标在坐标 处取处取l该段导线运动速度垂直纸面向内该段导线运动速度垂直纸面向内运动半径为运动半径为r 2l dBvd )(r例例2.2.在空间均匀的磁场中在空间均匀的磁场中 ,导线,导线ab 绕绕Z 轴以轴以 匀速旋转,匀速
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