《电工技术基础与技能》周绍敏----第六章--电磁感应.doc

第六章　电磁感应 第一节　电磁感应现象 磁感应现象 在发现了电流的磁效应后，人们自然想到：既然电能够产生磁，磁能否产生电呢？ 由实验可知，当闭合回路中一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就有电流产生。 当穿过闭合线圈的磁通发生变化时，线圈中有电流产生。 在一定条件下，由磁产生电的现象，称为电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。 磁感应条件 上述几个实验，其实质上是通过不同的方法改变了穿过闭合回路的磁通。因此，产生电磁感应的条件是： 当穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生。 第二节　感应电流的方向 一、右手定则 当闭合回路中一部分导体作切割磁感线运动时，所产生的感应电流方向可用右手定则来判断。 伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指的即为感应电流的方向。 二、楞次定律 1．楞次定律 通过实验发现： 当磁铁插入线圈时，原磁通在增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加； 当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的减少。 因此，得出结论： 当将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中感应电流所产生的磁场方向，总是阻碍原磁通的变化。这就是楞次定律的内容。 根据楞次定律判断出感应电流磁场方向，然后根据安培定则，即可判断出线圈中的感应电流方向。 2．判断步骤 感应电流方向 3．楞次定律符合能量守恒定律 由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍原磁通的变化，即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此要想保持它们的相对运动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功将其他形式的能转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产生的。 三、右手定则与楞次定律的一致性 右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种方法本质是相同的，所得的结果也是一致的。 右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律是判断感应电流方向的普遍规律。 第三节　电磁感应定律 一、感应电动势 1．感应电动势 电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动势。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁场中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。 2．感应电动势的方向 在电源内部，电流从电源负极流向正极，电动势的方向也是由负极指向正极，因此感应电动势的方向与感应电流的方向一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。 注意：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。 3．感应电动势与电路是否闭合无关 感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发生变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。 若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若外电路是断开的，则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。 二、电磁感应定律 1．电磁感应定律的数学表达式 大量的实验表明： 单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变化率?((/(t成正比，即 对于N匝线圈，有 式中N( 表示磁通与线圈匝数的乘积，称为磁链，用 ( 表示。即 ( = N( 于是对于N匝线圈，感应电动势为 2．直导线在磁场中切割磁感线 如图6-1所示，abcd是一个矩形线圈，它处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面和磁场垂直，ab边可以在线圈平面上自由滑动。设ab长为l，匀速滑动的速度为v，在 (t时间内，由位置ab滑动到a(b(，利用电磁感应定律，ab中产生的感应电动势大小为 即 上式适用于 的情况。 如图6-2所示，设速度v和磁场B之间有一夹角 (。将速度v分解为两个互相垂直的分量v1、v2，v1 = vcos( 与B平行，不切割磁感线；v2 = vsin( 与B垂直，切割磁感线。因此，导线中产生的感应电动势为 E = Bl v2 = Bl vsin( 上式表明，在磁场中，运动导线产生的感应电动势的大小与磁感应强度B、导线长度l、导线运动速度v以及运动方向与磁感线方向之间夹角的正弦sin( 成正比。 用右手定则可判断ab上感应电流的方向。 若电路闭合，且电阻为R，则电路中的感应电流为 三、说明 1．利用公式计算感应电动势时，若v为平均速度，则计算结果为平均感应电动势；若v为瞬时速度，则计算结果为瞬时感应电动势。 2．利用公式计算出的结果为 (t时间内感应电动势的平均值。 【例6-1】在图6-1中，设匀强磁场的磁感应强度B为0.1 T，切割磁感线的导线长度l为40 cm，向右运动的速度v为5 m/s，整个线框的电阻R为0.5 (，求： (1) 感应电动势的大小； (2) 感应电流的大小和方向； (3) 使导