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第五章 电磁感应与暂态过程 §1 电磁感应定律 一、电磁感应现象 二、法拉第电磁感应定律 1、定律内容 2、定律讨论 四、涡流的概念及应用 1、涡流 (eddy current) 1、概念---何谓趋肤 * §2 动生电动势和感生电动势 §3 互感和自感 §4 暂态过程 §1 电磁感应定律 §0 引言 磁生电的发现、认识历程。 ?安培，科拉顿的认识及做法： 大电流→强磁场。一般情况下，没有观察到磁产生的电，磁场 不够强，采用大电流\强磁场产生电。 ?阿喇果揭开磁生电之谜的机会： 1822年发现电磁阻尼现象，但不能进行深层物理解释。 ? M. Faraday的贡献： 英国科学家M. Faraday历经近十年艰辛探索， 1831年8月29日实验发现：当导体回路中磁通量 发生变化时，回路中将出现电流。这一现象称为电磁感应现象。 §0 引言 法拉第(1791~1867)伟大的物理学家、化学家、19世纪最伟大的实验大师。右图为法拉第用过的螺绕环 电流（运动的电）产生磁场，磁场是否产生电场？ 1820年奥斯特发现电流磁效应 作业：P477 5,7,9 1、实验安排 实验结果： (1) 插、拔磁铁时有电流产生； (2) i 的大小与相对运动速度有关， i 的方向决定 实验结果： 仍有电流产生； ? ?产生的 i 与磁场产生的产生源（磁铁、载流线圈）无关 两实验共同点：磁极相对运动。 插入、拔出磁棒。 实验一 将磁棒换为载流线圈，插入、拔出线圈 实验二 于是插入还是拔出磁棒。 “相对运动”是否为产生 i 的唯一方式或原因？ 实验现象为： (1) 虽无相对运动，但仍有电磁感应现象发生； (2) 相对运动只是产生i 的一种方式，并非一般性条件。 (3) 作为一般性结论，回路中产生i 的条件是什么？ （见下页） 思考 通、断电流线圈。 实验三 以上实验和其他实验一致表明：回路中磁通发生变化时， i 产生 ，其大小决定于 、方向决定于 的增减。 法拉第电磁感应定律 i 存在 必定有对应的(推动力)电动势 感应电动势 2、结论 其与的 关系 分析 k为比例系数，在SI制中：k=1 ，定律表成 （1）N 匝串联，总电动势 为总磁通，或称为磁链。 单匝 （3） e 的正负 （e的负号说明） ，并非 。 （2） e 的大小 均为标量，其正负与规定有关。 ? 的正负与曲面法向矢量的选取有关 若 → → ? e的正、负与回路环绕(电流)的正方向选取有关 规定环绕（电流I）正方向 曲面法向矢量n正方向 环绕方向（I）正方向 右手系 两个正方向之间的关系 环绕方向 例：通过回路的磁场增加，求感生电动势的方向 环绕(I )正方向 环绕(I )正方向 问题：更简便的方向判断方法？ 的正负与曲面法向矢量（或环绕）正方向选取有关，但其实际方向与曲面法向矢量（ 或环绕 ）正方向无关??选定一个正方向，另一按由右手系给出。 条件：两正方向构成右手系 阻碍： 抵消磁通量变化，阻止相对运动 物理意义：是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现，其数学表现是法拉第电磁感应定律中的负号。 ↗ 作用：判定感应电流的方向或感应电流的作用。 内容：回路中产生的感应电流的“效果” 总是阻碍引起感应电流的“原因” 原因：磁通量增加、减少， 线圈、磁铁靠近回路等 能量如何守恒？结合右上图说明 Tank 概念设计： 坦克的电磁防护 三、楞次定律 电磁驱动 （异步电动机） 测速仪 均匀磁场 中的平面回路，一边长为l,可以良好接触地运动，求 。 [例1] [解] 环绕正方向 解： ① ② ③电流随时间变化 ，线圈运动。 例2：无限长直导线，流稳恒电流，线圈运动形式如图所 示 在如图所示的正环绕方向下 x(t) ② ③ ① a b 与楞次定律 分析得到的结果 相同 x ③ a b 在其内部也会产生感应电流。电流呈涡旋状，称其为涡电流，简称涡流。 大块导体 单个金属闭合回路 2、涡流的磁场与引起涡流的磁场的相位关系（由楞次定律分析） B(t) B’(t) (1)热效应：电流通过导体产生焦耳热。 应用：真空熔炼、熔化焊接；电磁灶。 3、涡流的物理效应 (2) 机械效应：电磁阻尼、电磁驱动。 危害：涡流损耗---变压器、电机铁芯，制成片状， 缩小涡流范围，减少损耗。 导线载流的特性： 2、引起趋肤效应的原因:涡流 I B i i 分析：涡流i与电流I的方向: 导体内部: 相反