第26讲 电磁感应定律ppt课件.ppt
第9章 电磁感应,Electromagnetic Induction,1820 年奥斯特发现了电流的磁效应，在整个欧洲大陆激起了极大反响。1821 年，英国一家有名望的杂志哲学年鉴邀请著名科学家戴维撰写文章，综合评述一年来电磁学实验和理论发展的概况。他将任务交给了助手法拉第。,法拉第在搜集材料的过程中，仔细分析了电流的磁效应现象，总结出电流与磁作用的几个方面，而且将电与磁的作用作了对比：,1 电磁感应现象的发现,类比应有,？,电流可以产生磁场，磁场是否也能产生电流呢？,电 流,磁 场,法拉第实际上是提出了这样一个问题：,法拉第在他的日记中断言：磁能转化成电,经过四次的失败后，1831年夏，法拉第第五次回到“磁生电”的课题上来，终于获得了突破性的进展，他发现了电磁感应的第一个效应。,法拉第(Michael Faraday 17911867),电磁感应现象发现，这是电磁学领域中最伟大的成就之一。它不仅为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实验基础，促进了电磁场理论的形成和发展，而且为人类广泛利用电能开辟了道路，成为第二次工业和技术革命的开端。,感应电流,1831年法拉第,9.1 电磁感应定律,一 电磁感应现象,磁棒相对线圈运动得越快，感应电流就越大。,现象一,一个线圈的两端接在检流计上，构成测量回路。,当磁棒相对线圈运动时，线圈中产生感应电流。,感应电流的方向与磁棒的运动方向及磁极的方向有关。,两个彼此靠得很近的线圈相对静止，线圈 A 和检流计相连。B 线圈与直流电源、电阻器、电键连接成回路。,现象二,接通或断开线圈 B 中的电流，在线圈A 中会产生类似于现象一的情形。,将一根与电流计连成测量回路的导体棒放在均匀磁场中，当导体棒在恒定磁场中切割磁感应线时，就会在回路中产生感应电流。导体棒运动得越快，感应电流越大。,现象三,在现象一和现象二中，线圈回路中的磁场发生了变化，在现象三中，回路中的磁场并没有变化，但回路面积发生了变化。在这三种情况下，有一点是共同的：即穿过闭合导体回路的磁通量都发生了变化。,当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，不管这种变化是什么原因引起的，在导体回路中就会产生感应电流。这就是电磁感应现象。,也就是说：,电动势electromotive force（emf）,形成,产生,当通过回路的磁通量变化时，回路中就会感生电流，说明回路中出现了感应电动势。,二 电磁感应定律,1 法拉第定律(Faraday law),因回路的磁通量的变化而产生的电动势叫感应电动势。感应电动势可以在非导体回路中产生，尽管此时无感应电流。感应电流只是回路中存在感应电动势的外在表现。,法拉第注意到磁铁相对线圈运动的速率越大，线圈中感生的电流就越大。在1851年他总结出：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的变化率成正比：,在SI制中，k=1,对N匝线圈，表达式中磁通量必须用整个回路磁通链取代：,称为磁通链(magnetic flux linkage),式中,负号的意义是什么呢？,由于电动势和磁通量都是标量,因此,它们的“正负”相对于某一指定的方向才有意义。用法拉第电磁感应定律确定电动势的方向,通常遵循以下步骤:,任意规定回路的绕行正方向。确定通过回路的磁通量的正负：如果通过回路的磁感应线方向与回路绕行正方向成右手螺旋关系，就规定该磁通量为正，反之为负。确定磁通量的时间变化率的正负。最后确定感应电动势的正负。当感应电动势为正时，表示感应电动势的方向和回路的绕行正方向相同；当感应电动势为负时，表示感应电动势的方向和回路的绕行正方向相反。,A,B,C,D,2 楞次定律(Lenz law),1833 年,俄国物理学家楞次在概括了大量实验事实的基础上,总结出一条判断感应电流方向的规律,称为楞次定律。,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引起感应电流的磁通量的变化。,感应电流的效果，总是反抗引起感应电流的原因。,楞次定律也可简练地表述为：,总是反抗或补偿,导线运动,感应电流,磁通量变化,感应电流,感应电流的效果,引起感应电流的原因,当将磁铁棒N 极插入线圈时，通过线圈的磁通量增加，线圈中感应电流所激发的磁场，要反抗线圈中磁通量的增加，故这个磁场的磁感应线方向与磁铁棒的磁感应线方向相反。再根据右手螺旋定则确定线圈中感应电流的方向。当将磁铁棒N 极从线圈中拔出时，情况正好相反。,可以用楞次定律来确定感应电流的方向。,3 感应电量,设回路的电阻为R，则通过回路的感应电流为,在t1到t2时间间隔内通过导线任一截面的感应电量,q 只和有关，和电流变化无关，即和磁通量变化快慢无关。,快速转动：,两种情况,I t 图面积相等,慢速转动：,即 q 相等.,大I 大，但t 小,小I 小，但t 大,交流发电机原理：面积为S 的线圈有N 匝，放在均匀磁场B中，可绕oo轴转动，若线圈转动的角速度为，求线圈中的感应电动势。,解：,例题1,设在t=0 时，,线圈平面的正法线方向,与磁感应强度 的方向相同,此时，穿过N匝线圈的磁通链数为,=t,则 t 时刻，与 之间的夹角,由电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为,这就是正弦交流电，简称交流电。,为时间t 的正弦函数，,解：,例题2,如图示，r R，若，求小线圈中的感应电动势大小。,大线圈轴线上的磁场,视其为小线圈面上的磁场,则,解：,例题3,无限长直导线中I=I0sin t，共面矩形线圈abcd。已知:l1,l2,h,求。,建坐标，,取面元ds,思 考,无限长直载流导线,
