《电磁感应与电磁场》PPT课件.ppt

1,第六章,电磁感应 与电磁场,2,本章基本内容,电磁感应定律,动生电动势,感生电动势,涡旋电场 位移电流,麦氏方程组,自感、互感,电磁场能量,3,6.1 电磁感应基本定律,一、 法拉第电磁感应定律,通过回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中产生的感应电动势与磁通量对时间变化率的负值成正比。,(6-1),(6-2),4,对N匝线圈,Nf 叫磁链,通过回路中任一截面感应电量q,由R 和 q 可算出 ， 此即为磁通计原理。,5,楞次定律或法拉第电磁感应定律是 符合能量守恒和转换定律的。,反抗（阻碍）,二、 楞次定律,6,6.2 动生电动势和洛伦兹力,磁场不变,导体运动,动生电动势,导体不动,磁场变化,感生电动势,磁场变化 导体运动,感应电动势,动生电动势,感生电动势,7,一、动生电动势,如图，,方向：根据楞次定律,8,5.1电源的电动势 e,非静电场，,静电场。,电荷 q 从 B 出发绕 行一周，场力的功为：,补充内容：,9,故e 是在非静电场作用下，使单位正电荷绕行一周时，非静电场所做的功。,10,导线内电子受洛伦兹力,同时产生静电场力,洛伦兹力产生非静电场 为：,两种场平衡时：,a,b,11,b、a 间的电势差即动生电动势为,方向：,12,从中看出：,只有做切割磁力线运动时,，其中,方向：,13,二、动生电动势的计算,）电磁感应定律常用于闭合回路整 体在磁场中转动或平动。,14,b)对非均匀磁场中一段导线(或导线在磁 场中转动）微积分法,2)定义法：常用于求解一段不闭合导体。,15,应用举例,解：,方向均指向A,例6-1：导线L在匀强磁场中绕o以w做匀速 转动。求：ei=?,方向：,16,例6-2 如图 已知：I、 l 、a、u。求：e动生=?,解：,方向逆x 轴,方向：,17,18,19,6.3 感生电场与感生电动势,一、感生电场,当导体回路不动,磁场变化时,回路中有感应电流，说明回路中有感应电动势存在。驱使电荷运动的力既不是洛仑兹力,也不是静电力,而是一种新的力。,麦克斯韦认为：变化磁场在其周围空间产生涡旋状电场，称为涡旋电场或感生电场，,记为 的存在与导体无关。,20,感生电动势 为,上式说明，变化磁场激发涡旋电场。,21,应该明确：,1)无论在真空中（或在介质中）是否有导 体存在，只要 ,即有Ek.,2)在的空间有导体时，对自由电 子提供作用力，称为涡旋电场力。,3)假设已被实验验证(电子感应加速器）.,22,二、感生电场的性质(与静电场比较）,相同点：对电荷均有力的作用。,不同点：a)产生的机理不同； b)性质不同。,23,解：,应用举例：,例6-3 如图,24,求：感生电动势。,例4、 在半径为R的圆形导体所在的区域 内有一匀强磁场，其大小为B=B0sin(5t) .,解：,25,【例66】真空中矩形回路与长直导线共面，I=I0cost, I0、为正常数，并以匀速u垂直导线运动，求1)任一时刻通过回路的m ; 2)任一时刻回路中e动生和e感生 ; 3) t=/2时，感应电动势的方向.,解：1）,26,2）,动生,感生,【例66】真空中矩形回路与长直导线共面，I=I0cost, I0、为正常数，并以匀速u垂直导线运动，求1)任一时刻通过回路的m ; 2)任一时刻回路中e动生和e感生 ; 3) t=/2时，感应电动势的方向.,27,3）,动生,感生,当t =/2时，,e =感生,为顺时针。,【例66】真空中矩形回路与长直导线共面，I=I0cost, I0、为正常数，并以匀速u垂直导线运动，求 3) t=/2时，感应电动势的方向.,28,一、自感现象：因线圈中电流变化而在 线 圈中产生感应电动势的现象 ，相 应电 动势称自感电动势。,6.4 自感和互感,由毕萨定律知：,L称自感系数。,当I =1时，,即L等于回路中通过单位电流时 穿过此回路所围面积的磁通量。,29,当回路及磁导率不随时间变化时,负号说明： 总是反抗回路中电流变化.,对N匝密绕线圈：,电工中扼流圈、日光灯镇流器是自 感应用的实例。,30,求一长直螺线管（长为l，截面积为S，总匝 数为N，管内磁导率为m ）的自感系数。,解：,则：,31,例6-8 由两导体圆筒组成无限长同轴电缆 ， 筒间磁导率为m 。,求：单位长度自感系数,解：,32,二、互感现象,当一个线圈的电流发生变化时，在其周围空间会引起磁场的变化，从而在处于此空间的另一个线圈中产生感应电动势，这是互感现象。,该现象广泛用于无线电技术、工程技术的电磁测量,33,6.6 磁场的能量,我们从图示电路中，以能量守恒和转换的角度来研究磁场能量。,34,由全电流欧姆定律：,两边同乘Idt,积分上式,35,磁场的能量密度：,场是能量的携带者，将,代入Wm中,称单位体积的磁场能量为磁场能量密度， 用wm表示。,36,非均匀磁场中 的计算：,电磁场能量密度：,37,能量存在器件中,存在场中,在电磁场中,普遍适用于 各种电场、磁场,静电场 稳恒磁场,类 比,38,【例69】 用能量的方法求同轴电缆单位 长度的自感。,由,39,6.7 位移电流,变化磁场要产生电场，变化电场能否产生磁场呢？麦克斯韦把安培环路定律用于图示时变场中将发生不可克服的矛盾。,对曲面S1有：,对曲面S2有：,矛盾的焦点在于电流的不连续性,40,电容器内尽管无I传,但极板上存在,由高斯定理知：,1.位移电流及性质,位移电流的面密度,通过某个面积的位移电流就是通过该面积的电通量对时间的变化率,41,2. 全电流定理,电流概念的推广,能产生磁场的物理量,1）传导电流 载流子定向运动 2）位移电流,42,电流概念的推广,仅仅从产生磁场的能力 上定义仅此而已,其它方面均表现出不同,如在真空中 位移电流不伴有电荷的任何运动 所以谈不上产生焦耳热,43,用全电流定理就可以解决前面的 充电电路中矛盾,只有传导电流,只有位移电流,平行板电容器板面积为S,44,6.8 麦克斯韦方程组,经典电磁理论基本方程的积分形式：,45,习题6-6已知：N、以u离开 t=0时如图示,导线（I）,求 的大小和方向,1),2),46,若I=I(t),求,