大学物理-电磁感应定律

1第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场物信学院物理系物信学院物理系 张张 峻峻2第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律电电 流流磁磁 场场电磁感应电磁感应感应电流感应电流 1831年法拉第年法拉第闭合回路闭合回路变化变化m 实验实验产生产生产产 生生?问题的提出问题的提出掌握掌握计算感应电动势的几种基本方法。计算感应电动势的几种基本方法。理解理解动生电动势、感生电动势的非静电力本质。动生电动势、感生电动势的非静电力本质。了解了解位移电流、麦克斯韦方程组、电磁波。位移电流、麦克斯韦方程组、电磁波。学习要求学习要求（下一页）（下一页）3第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律 法拉第法拉第（Michael Faraday,1791-1867），伟大的英国物理学），伟大的英国物理学家和化学家。家和化学家。他创造性地提出场的思想，磁场他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的。这一名称是法拉第最早引入的。他是电磁理论的创始人之一，于他是电磁理论的创始人之一，于1831年发现电磁感应现象。年发现电磁感应现象。后又相继发现：后又相继发现：电解定律，电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，物质的抗磁性和顺磁性，光的偏振面在磁场中的旋转。光的偏振面在磁场中的旋转。4第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律一、一、电磁感应现象电磁感应现象 法拉第法拉第经过十年的经过十年的不懈努力终于在不懈努力终于在1831年年8月月29日日第一次观察到第一次观察到 电磁感应现象电磁感应现象1、电磁感应现象电磁感应现象 有电流！有电流！没电流！没电流！5第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律一一 电磁感应现象电磁感应现象6第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律 当回路当回路 1中电流发中电流发生变化时，在回路生变化时，在回路 2中出现感应电动势。中出现感应电动势。127第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律当通过一个闭合导体回路所包围面积内的当通过一个闭合导体回路所包围面积内的磁通量发生变化时，回路中就会产生感应磁通量发生变化时，回路中就会产生感应电流。这称为电流。这称为电磁感应现象电磁感应现象。结论：结论：线圈内磁场变化线圈内磁场变化导线或线圈在磁场中运动导线或线圈在磁场中运动两类实验现象两类实验现象 SmSdB（下一页）（下一页）产生的电流称为产生的电流称为感应电流感应电流相应的电动势为相应的电动势为感应电动势感应电动势。8第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律单位单位:1V=1Wb/s1、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律内容：内容：当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，不论这种当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都有感应电动势产生，并且变化是什么原因引起的，回路中都有感应电动势产生，并且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。负号表示感应电动势负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化总是反抗磁通的变化tkddi国际单位制国际单位制1k韦伯韦伯i伏特伏特9第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律1）闭合回路由）闭合回路由 N 匝密绕线圈组成匝密绕线圈组成 N磁通匝数（磁链）磁通匝数（磁链）2）若闭合回路的电阻为）若闭合回路的电阻为 R，感应电流为，感应电流为tRIdd1i时间内，流过回路的电荷时间内，流过回路的电荷12ttt21dtttIq)(1d12121RRtddi10第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律)()d(dttt 感应电动势的方向感应电动势的方向0ddtNB0ii与回路取向相与回路取向相反反tddi0（与回路成与回路成右右螺旋）螺旋）B11第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律NB00ddt当线圈有当线圈有 N 匝时匝时tNdditddi0ii与回路取向相与回路取向相同同12第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律楞次（楞次（Lenz,Heinrich Friedrich Emil）楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平洋、印度洋海水含盐量不同的现象，洋、印度洋海水含盐量不同的现象，1845年年倡导组织了俄国地球物理学会。倡导组织了俄国地球物理学会。1836年至年至1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师范等院校物理学教授。范等院校物理学教授。楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律是一大贡献。是一大贡献。1842年，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效年，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的规律，这就是大家熟知的焦耳应的规律，这就是大家熟知的焦耳楞次定律。他还定量地比楞次定律。他还定量地比较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。13第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律NSBv三三 楞次定律楞次定律 闭合的导线回路中所闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动、磁场变（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）化或线圈变形等）.Ftddi14第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律二二.楞次定律楞次定律 (判断感应电流方向判断感应电流方向)感应电流的感应电流的效果效果反抗引起感应电流的反抗引起感应电流的原因原因导线运动导线运动感应电流感应电流阻碍阻碍产生产生磁通量变化磁通量变化感应电流感应电流产生产生阻碍阻碍 abvf（下一页）（下一页）15第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律NBSvNSBv用楞次定律判断感应电流方向II16第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律1.1.由法拉第电磁感应定律判定由法拉第电磁感应定律判定0ddtnNS002.2.楞次定律楞次定律确定感应电动势方向的方法：确定感应电动势方向的方法：步骤步骤:a.a.先任意规定一个方向为回路的正方向，且先任意规定一个方向为回路的正方向，且回路所围面积的正法线与其构成右手螺旋；回路所围面积的正法线与其构成右手螺旋；b.b.确定磁通量的正负确定磁通量的正负c.c.由法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律确定感应电动势的确定感应电动势的方向方向,若为正，则与回路正向一致，若为负，若为正，则与回路正向一致，若为负，则相反。则相反。闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场去闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场去反抗反抗引引起感应电流的起感应电流的原来磁通量的变化原来磁通量的变化。n0ddtNS00反抗反抗变化变化NSi0ddt17第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律 楞次定律是能量楞次定律是能量守恒定律的一种表现守恒定律的一种表现viI 维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热服安培力做功转化为焦耳热.机械能机械能焦耳热焦耳热 楞次定律楞次定律 闭合的导线回路中所出现的感应电闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因感应的原因.mF+B18第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律电磁感应电磁感应a电磁感应实验电磁感应实验b19第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律dSBSdBdmcosdtdmi感应电动势感应电动势 i感应电动势分为两类：感应电动势分为两类：1、动生电动势：动生电动势：磁场不变，磁场不变，导体回路或导体在磁场中运动导体回路或导体在磁场中运动;2、感生电动势：感生电动势：导体回路或导体不动，导体回路或导体不动，磁场变化磁场变化.20第十三章第十三章 电磁感应电磁感应 电磁场电磁场13-1 13-1 电磁感应定律电磁感应定律法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律：通过回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中就有通过回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生，而感应电动势正比于磁通量的对时间变感应电动势产生，而感应电动势正比于磁通量的对时间变化率的负值。化率的负值。tdd -小结：小结：楞次定律：楞次定律：闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场去闭合回路中感应电流的方向，总是使它所产生的磁场去反抗反抗引引起感应电流的起感应电流的原来磁通量的变化原来磁通量的变化。tRRIidd121dttiitIq21d1R)(R211tt)tdd dd(N dd -N N 匝密绕线圈匝密绕线圈：感应电流：感应电流：感应电荷感应电荷：