101电磁感应要点课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章,电磁感应,1,电 流,磁 场,电磁感应,感应电流,1831,年法拉第,闭合回路,变化,实验,产生,产 生,?,问题的提出,2,法拉第所研究的课题广泛多样，按编年顺序排列,有如下各方面：铁合金研究，氯和碳的化合物，电磁转动，气体液化，光学玻璃，苯的发明，电磁感应现象（,1831,）；不同来源的电的同一性（,1832,）；电化学分解，静电学，电介质，气体放电，光、电和磁，抗磁性， “射线振动思想“，重力和电，时间和磁性（,1857,年起）。,相传法拉第的老师戴维，一个誉满全球、世界公认的大化学家在瑞士日内瓦养病时，有人问他一生中最伟大的发现是什么，他绝口不提自己发现的钠、钾、氯、氟等元素，却说：,“我最伟大的发现就是法拉第！”,3,10-1,电磁感应定律,一,.,法拉第电磁感应定律,4,R,1,2,G,m,当回路,1,中电流,发生变化时，在回路,2,中出现感应电流。,5,1,、产生感应电流的情况,1,、,磁棒插入或抽出线圈时，线圈中产生感生电流；,2,、,放在稳恒磁场中的导线框，一边导线运动时线框中有电流。,3,、,线圈在磁场中转动,，,线圈中产生感生电流；,4,、,两个位置固定的相互靠近的线圈，当其中一个线圈上电流发生变化时，也会在另一个线圈内引起电流；,共同特点：,当通过回路的磁通量变化时，回路中就会产生感应电动势。,2.,线圈内磁场运动,1.,导线在磁场中运动,3.,磁场变化,6,导体回路中产生的感应电动势的大小，与穿过导体回路的磁通量对时间的变化率成正比。,感应电动势的方向,感应电动势,大小,2,、电磁感应定律,1,）内容及表达式,7,dt,时间内通过导线任一截面的,感应电量,2,）,.,单匝的感应电流,4) .,N,匝线圈感应电动势,磁通链,3,）,.,感应电量,8,二、楞次定律,(,判断感应电流方向,),1.,表述：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻止或补偿引起感应电流的磁通量的变化。,2.,用楞次定律判断电流方向,9,a,、判明穿过闭合回路内原磁场,的方向；,b,、根据原磁通量的变化,按照楞次定律的要求确定感,应磁场的方向；,c,、按右手法则由感应电流磁场的,方向来确定感应电流的方向。,用楞次定律判断电流方向的步骤,10,在无限长直载流导线旁有相同大小的四个,矩形线圈，分别作如图所示的运动。,判断回路中是否有感应电流。,有,有,无,有,11,3.,应用法拉第电磁感应定律解题的方法,（,1,）在回路上先任意规定一个绕行方向,（,2,）求回路中的磁通量,f,m,（,3,）利用,求出,（,4,）方向,或者用楞次定律判断电流方向,12,a,b,例,1,：,解：,矩形框导体的一边,ab,可以平行滑动，长为,，,整个矩形回路放在磁感应强度为 ，方向与其平面垂直的均匀磁场中，如图所示。若导线,ab,以匀速率 向右运动，求闭合回路的感应电动势,设导线,ab,与固定边的距离为,x,回路,正向,如图,穿过回路的磁通量为：,a,b,o,d,方,向,：,与回路的,正,方,向,相反,闭合回路的感应电动势为：,13,例,2:,无限长直导线,共面矩形线圈,求,:,已知,:,解,:,设,abcda,方向为正方向,方向随,coswt,正负发生变化,14,1.,电动势,非静电力,电源电动势,把单位正电荷从负极经电源内部移到正极非静电力所作的功。,负载,非静电场强,电动势是标量，但有供电方向。,规定：,三,、,动生电动势,提供非静电力的装置叫电源,15,2.,动生电动势的一般表达式,B,v,（,1,）楞次定律,16,3.,计算动生电动势的方法,（,1,）在导体上任取线元,（,3,）由动生电动势定义求解,（,2,）确定 和,的夹角和 的方向,从而确定 与 之间的夹角,则,矢,量式可转化为,标,量式,17,例,3,：,已知：,求：,解：,的方向为 方向。,由左向右,18,例,4,：,已知：,求：,解：,设 时，,t,时刻,交流发电机的原理,感应电动势的幅值方向随时间发生变化,19,Maxwell,假设：,变化的磁场,在其周围空间会激发一种涡旋状的电场，称为,涡旋电场,或,感生电场,。,四、感生电动势和涡旋电场,导体回路不动,由于磁场变化而引起磁通量改变产生的感应,电动势,。,1.,感生电动势,由电动势定义,由,法拉第电磁感应定律,20,2.,几点说明：,（,2,）式中,“,一,”,号反映了 与 成左螺旋关系,（,1,）磁感应强度,B,是位置、时间的函数,（,4,）利用此式可以解决两类问题,（,3,）感生电场的环流不等于,0,，,说明感生电场不是保守场。因此，,在感生电场中，不能象静电场那样引入电势的概念。,21,起源,静电场,E,感生电场,E,感,由静止电荷激发,由变化的磁场激发,电力线,电力线为非闭合曲线,电力线为闭合曲线,电场的性质,为保守场作功与路径无关,为非保守场作功与路径有关,静电场为有源场,感生电场为无源场,有旋场,3.,涡旋电场与静电场的比较,相同点：,都是电场，都对电荷有作用力,不同点：,22,o,R,B,解：,磁场均匀增加，圆形磁场区域,内、外,E,感,线为一系列同心圆；,作半径为,r,的环形路径;,例,6,长直密绕螺线管中通交变电流，,如图放置一导体棒,L,。,若某,时刻，,求,棒的电动势？,分析：,用,先求 ，然后再求电动势,23,方向,的方向由,a,b,。,为逆时针方向。,24,动生电动势,感生电动势,特点,磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化,闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化,25,例,5,：,在均匀磁场,B,中，一长为,L,的导体棒绕一端,o,点以角速度,w,转动，求导体棒上的动生电动势。,w,o,L,B,解,1,：由动生电动势定义计算,d,l,v,v,和,B,的夹角,l,导体元上的电动势为,:,l,导体元的速度为,:,整个导体棒的动生电动势为,:,方向指向,o,点。,26,解,2,：,利用法拉第电磁感应定律计算,o,v,B,扇形面积,：,假想扇形回路，,由边缘沿导体棒,指向,o,。,回路中只有导体棒部分产生电动势,方向与规定方向相反，,规定顺时针方向为回路正方向,27,一、电动势,把单位正电荷从负极经电源内部移到正极非静电力所作的功。,二、法拉第电磁感应定律,楞次定律,回路内感应电流产生的磁场总是企图阻止或补偿回路中磁通量的变化。,（,1,）楞次定律,三、动生电动势,在稳恒磁场中，由于导体的运动而产生的感应电动势,。,28,四、,感生电动势,导体回路不动，由于磁场变化而产生的感应电动势,。,感生电场,在变化的磁场周围存在一个变化的电场,感生电动势的表达式,感生电场与变化磁场关系,29,电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故：电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近,1,倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国家里，人们誉之为,烹饪之神,和,绿色炉具,。,电磁炉不适用的锅铜、铝、陶、玻璃材料的锅和容器，因为它们的分子都不是磁性分子，不能在磁场的作用下产生碰,30,电磁铁是利用载流铁心线圈产生的电磁吸力来操纵机械装置，以完成预期动作的一种电器。它是将电能转换为机械能的一种电磁元件。,电磁铁主要由线圈、铁心及衔铁三部分组成，铁心和衔铁一般用软磁材料制成。铁心一般是静止的，线圈总是装在铁心上。开关电器的电磁铁的衔铁上还装有弹簧，如图所示,电磁铁的组成,当线圈通电后，铁心和衔铁被磁化，成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于弹簧的反作用力时，衔铁开始向着铁心方向运动。当线圈中的电流小于某一定值或中断供电时，电磁吸力小于弹簧的反作用力，衔铁将在反作用力的作用下返回原来的释放位置。,31,1.,闭合开关,K,，,衔铁被电磁铁吸下来，动触片同时与两个静触点接触，使,a,、,b,间连通。这时弹簧被拉长，观察到工作电路被接通，小灯泡,L,发光。,2.,断开开关,K,，,电磁铁失去磁性，对衔铁无吸力。衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置，动触片与静触点分开。工作电路被切断，小灯泡,L,不发光。,3.,说明工作电路和控制电路这两电路之间是互相独立的。实用上工作电路的电压可以很高，而控制电路的电压可以较低。,电磁铁的应用,32,*,方向判定：,（,两种方法）,(b).,用 判定：,(a).,用楞次定律判定,用,右,螺旋法则确,定,回路的,正法线,的,方向,a.,规定,一个,绕行,方,向,作为回路的,正,方,向,与,方向,相同为正，相反为负,b.,C:,确定回路中,f,m,是增加还是减少,33,