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* 例15.8 如图所示RL电路,由一自感线圈L、 电阻R与电源 组成的电路.当电键K与a 端相接触时,自感线圈和电阻串联而与电源 相接,求接通后电流的变化情况.待电流稳定 后,再迅速将电键打向b端,再求此后的电流 变化情况. * 解:如图(a), 当电键K与a端相接时 自感电动势: * 根据初始条件,t=0时,i=0,则上式的解为: 则 图(b)画出了上述电路中 电流随时间的增长情况. * 若电键打向b端,如下图(a): 根据初始条件,t=0时, ,则上式的解为: , 说明电流将随时间按指数规律减少. * 15.6 磁场的能量 1.自感现象 图(a): K闭合,B灯比A灯晚亮 图(b): K打开,灯强闪一下再灭 * 2.磁能 (b)情况,回路已无电源,灯闪的能量是由线圈提供的磁能。 在 时间内自感电动势做的功为: 电流由起始减少到零时,自感电动势做的总功为: 这即为线圈提供的磁能: * 3.磁能密度 已知: 则磁能密度: 某磁场的总磁能: 此式的积分应遍及整个磁场分布的空间。 * 例15.9 求两个相互邻近的电流回路的磁场能量,这两个回路的电流分别是 和 解:如图: (1)合上 i由 的过程中 存储到磁场中的能量: (2)合上 调节 使 保持不变 ,当 由零增大到 * 存储到磁场中的能量: 注意到在此过程中,回路1中将产生互感电动势: 由电源 做功而存储到磁场中的能量: 当系统达到电流为 和 时,存储到磁场中的总能量: * 若先合 ,再合 由 可得: 存储到磁场中的总能量 * 第15章 电磁感应Electromagnetic Induction 主要内容 ? 法拉第电磁感应定律 ? 动生电动势 ? 感生电动势和感生电场 ? 互感 ? 自感 ? 磁场的能量 15.1 法拉第电磁感应定律 Faraday Law of Electromagnetic Induction * 1.法拉第电磁感应定律 (1)表达式 ——感应电动势的大小和通过导体回路的磁通量的变化率成正比。 “–”是楞次定律的数学表示。 * (2)楞次定律: ——感应电动势总具有这样的方向,即使它产生的感应电流在回路中产生的磁场去阻碍引起感应电动势的磁通量的变化。 图(a)为 ?与回路L的方向相反, 图(b)为 ?与回路L的方向相同, * (3)磁链 ——穿过N匝线圈的总磁通量,叫磁链。 单位Wb. 则 例15.1 在无限长直载流导线的磁场中, 有一运动的导体线框, 导体线框与载流导线共面。 解:取面积元,通过其磁通量为 求: 线框中的感应电动势。 (选顺时针方向为正) (选顺时针方向为正) * 15.2 动生电动势 Motional EMF 1.动生电动势 如图: 方向由a→b 根据右手定则 * a ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3.非静电性场强: 2. 非静电力——洛仑兹力 * 4.动生电动势公式 在磁场中运动的导体 整个在磁场中运动的闭合导体 * 5.感应电动势作功的功率 如图:ab棒将受到 磁力 若 为匀速 必有平衡外力 可见,感应电动势的电能是由外力做功所消耗的机械能转换而来。 外力作功的功率: * 6.洛仑兹力不做功 则 电子的合速度 电子还有沿导线运动的 洛伦兹力合力不做功—能量的转换与守恒 * 例15.2 法拉第曾利用左图的实验来演示感生电动势的产生。铜盘在磁场中转动时能在连接电流计的回路中产生感应电流。为了计算方便,我们设想一半径为R的铜盘在均匀磁场中转动,角速度为 。求盘上沿半径方向上产生的感应电动势。 解: 上产生的电动势 * 整杆上产生的电动势 * 15.3 感生电动势和感生电场 1.感生电动势和感生电场 一静止的导体回路,由于磁场随时间变化,穿过它的磁通量也变化,所产生的电动势称感生电动势。 ——变化磁场引起的电场叫感生电场, 用 表示。 L,?i * 2.麦克斯韦观点: 在变化磁场中,不但会在导体回路,在空间任一地点都会产生感生电场, 感生电场与磁场关系为: 感生电场也叫涡旋电场 空间的电场可能既有静电场 ,又有感生电场 ,则总电场 的环路积分: ——感生电场与变化磁场相联系 * 例15.3 电子感应加速器. 电子感
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