电磁感应2大学物理

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,*,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,*,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,*,静电场 感生电场,*由静止的电荷激发,由变化的磁场激发,*电力线不闭合、有源场。,电力线闭合、无源场。,无旋场,有旋场,麦克斯韦对电磁感应现象的解释:,一 自感电动势 自感,由于,通电线圈,中电流发生变化导致 电流的磁通量发生变化，而在线圈自 身产生感应电动势的现象。,二 互感电动势 互感,一个回路中的电流发生变化，在邻近的另一回路中产生感生电动势的现象。,*,8-4 RL 电路,自感线圈对电流的,阻碍,作用，使电流增减需要一个过程。,设电键断开后某瞬间，,回路中的电流为,i,，,由全电路欧姆定律：,设 t=0 时，,I,=,I,0,线圈内自感电动势:,以电流,衰减的暂态过程,为例：,电流,i,随时间指数形式地衰减,当,t,=,L,/,R,=,时,“”,称为电路的时间常数或,弛豫时间,在,L,=1 亨利，,R,=1000 欧姆的 电路中,弛遇时间为,1,毫秒,注意：,1,0,闭合电路的暂态过程：,2,0,3,0,断路时必须采用逐渐增大电阻的方法，不能太快,8-5,磁场的能量,方程两边同时乘以,Idt,，并积分,物理意义？,回路电阻所放出的焦耳热,电源作功,电源反抗自感电动势作的功,磁场的能量,1,.自感储能,在载有电流,I,的自感线圈中储存的磁能为,2,.磁能密度磁场中每单位体积中的磁能,对长直螺线管：,注意：,1,0,上式有普遍意义：有,B,的地方就有磁能；,2,0,非均匀磁场中磁能为：,例4.,一根很长的同轴电缆，由半径为,a,、,b,的 薄圆筒构成，其间充满介质，电流由内筒流出，外筒流回。请计算：,解,（1）薄壳上磁能忽略,内筒内 、外筒外 B=0,磁场集中 在内、外筒间根据安培环路定理,r,处的磁感应强度为：,其间的,磁能,为,（2）,（1）长度为,的电缆内磁场的能量,W,m,（2）长度为,的电缆的自感系数,L,（3）若内筒为实心金属,0,电流均匀,流出求,段磁场总能量,W,m,总,和总电感,L,总,问：单位长度的,总自感是多少？,（3）,麦克斯韦,（,James Clerk Maxwell,18311879),麦克斯韦(英国),19世纪伟大的物理学家、数学家.经典电磁理论的奠基人,气体动理论的创始人之一.,他提出了,有旋电场,和,位移电流,的概念,建立了经典电磁理论,并预言了以光速传播的电磁波的存在。他的,电磁学通论,与牛顿时代的,自然哲学的数学原理,并驾齐驱，它是人类探索电磁规律的一个里程碑。,在气体动理论方面，他还提出气体分子按速率分布的统计规律,.,8-6,位移电流 麦克斯韦方程组的积分形式,1.问题的提出,在,恒定电流,激发的,磁场,中(图1),安培环路定理,形式为:,对于非恒定电路,传导电流不连续,安培环路定理不成立.,对于曲面S,1,有:,对于曲面S,2,有:,一、位移电流 全电流安培环路定理,在,非恒定,电流,电路,中,(图2):,S,2,S,1,S,1,S,2,l,R,I,I,图1,图2,I,B,A,l,方法,2:,在原有定律的基础上,根据新观察到的实验现象,提出,合理的假设,对原有的定律作必要的,修正,使矛盾得到解决,.,2.解决问题的方法：,方法,1:,在实验基础上,提出新概念,建立与实验事实相符合的新理论；,3.位移电流假设,麦克斯韦的新观念,麦氏假定：,I,d,全电流,I,s,=传导电流,I,c,+位移电流,I,d,以电容器充电为例：,平行板电容器两极板之间,电位移矢量,的大小为:,电位移通量为:,电位移通量随时间的变化率为:,即:,表明:虽然极板之间没有传导电流,I,但其中存在着,变化的电位移通量,而 的,变化率,在任何时刻都和导线中的,传导电流,I,相等.,位移电流假设：,通过电场中某一截面的位移电流 等于通过该截面,电位移通量 对时间的变化率,:,这表明在有电容器的电路中,电容器极板表面被,中断的传导电流,I,可以由,位移电流,I,d,继续下去,从而构成了电流的连续性.,4.全电流定律,若电路中同时存在,传导电流,I,c,与,位移电流,I,d,定义,全电流:,安培环路定理可修正为:,或,在磁场中沿,任意闭合回路,的线积分在数值上等于穿过以该闭合回路为边线的任意曲面的传导电流和位移电流的代数和,这称为,全电流安培定理,简称,全电流定理.,全电流定律,二、麦克斯韦方程组,电介质中的高斯定理:,静电场的场强环路定理:,恒定磁场中的高斯定理:,磁介质中的安培环路定理:,1.静电场与恒定磁场规律,表明静电场是,有源场,.,表明静电场是,无旋场,.,说明磁场是,有旋场,不能引进势能描述磁场性质.,表明磁场是,无源场,2.麦克斯韦假设,涡旋电场,与,位移电流,（2）,变化电场,和,磁场,的联系:(安培环路定理),（1）,变化磁场,和,电场,的联系,(感生电场):,3.麦克斯韦方程组的积分形式,静电场的高斯定理.,变化磁场,与,感生电场,关系.,恒定磁场的高斯定理.,变化电场,和,磁场,的关系.,注意,：,2,0,麦克斯韦电磁理论是物理学史上的一次重大突破,3,0,麦克斯韦方程并非完全对称，你是否想修改？,不仅是空间的函数而且是时间的函数，内容丰富,。,*,指出,光波就是电磁波。,1,0,麦克斯韦方程组中的,*,解释,宏观的电磁现象；,*,预言,电磁波的存在；,一、电磁感应一章基本定律：,闭合回路中产生的,感应电流,具有确定的,方向,它总是使感应电流所产生的通过回路面积的磁通量,去补偿或者反抗引起感应电流的磁通量的变化.,1.楞次定律:,判断感应电流方向.,2.法拉第电磁感应定律,当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时,回路中会产生,感应电动势,感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值.,法拉第电磁感应定律的一般形式,第8章小结,3.麦克斯韦方程组(积分形式),静电场的高斯定理.,恒定磁场的高斯定理.,变化磁场和电场的联系,(感生电场).,变化电场和磁场的联系(安培环路定理),二、电磁感应一章基本概念：,1.动生电动势,磁场不变,回路,全部或局部在恒定磁场中,运动.,2.感生电动势,回路不动,磁场,随时间,变化.,B,与,v,垂直,B,与,v,不垂直,3.自感电动势,自感系数：,4.互感电动势,互感系数:,5.磁场的能量,磁场的能量密度:,