大学物理电子教案电磁感应及电磁场.ppt

电流 I0 消失过程中，自感电动势所做的总功 讨论 (1) 在通电过程中 为电源做的功 为自感电动势反抗电流所作的功 为电阻消耗的焦耳热 为电源的功转化为磁场的能量 (自感磁能公式) 其中 二. 磁能的分布 以无限长直螺线管为例 磁能 ? (2) 与电容储能比较 自感线圈也是一个储能元件，自感系数反映线圈储能的本领 磁场能量密度 上式不仅适用于无限长直螺线管中的均匀磁场,也适用于非均匀磁场,其一般是空间和时间的函数 在有限区域内 积分遍及磁场存在的空间 磁场能量密度与电场能量密度公式比较 ? ? 说明 解 根据安培环路定理,螺绕环内 取体积元 例 一由 N 匝线圈绕成的螺绕环，通有电流 I ，其中充有均匀磁介质 求 磁场能量Wm 计算磁场能量的两个基本点 (1) 求磁场分布 (2) 定体积元 遍及磁场存在的空间积分 建立磁场能量密度 三. 互感磁能 先闭合 再闭合 需要考虑互感的影响 ? 当回路 2 电流增加时，在回路 1 中产生互感电动势 若保 I1 不变, 电源 1 提供的能量应等于互感电动势所做的功 将使电流 总磁能 注意 两载流线圈的总磁能与建立 I1， I2 的具体步骤无关 减小 (互感能量) 一. 问题的提出 对稳恒电流 对S1面 对S2面 矛盾 稳恒磁场的安培环路定理已不适用于非稳恒电流的电路 二. 位移电流 非稳恒电路中，在传导电流中断处必发生电荷分布的变化 极板上电荷的时间变化率等于传导电流 *11.5 麦克斯韦电磁场理论简介 变化磁场 产生感生电场 变化电场 产生磁场 ? 电荷分布的变化必引起电场的变化 电位移通量 电位移通量的变化率等于传导电流强度 —位移电流(电场变化等效为一种电流) 一般情况位移电流 ? (以平行板电容器为例) 位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流 麦克斯韦提出全电流的概念 (全电流安培环路定理) 在普遍情形下，全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路 麦克斯韦将安培环路定理推广 若传导电流为零 变化电场产生磁 场的数学表达式 ? 位移电流 密度 位移电流、传导电流的比较 1. 位移电流具有磁效应 —与传导电流相同 2. 位移电流与传导电流不同之处 (1) 产生机理不同 (2) 存在条件不同 位移电流可以存在于真空中、导体中、介质中 3. 位移电流没有热效应，传导电流产生焦耳热 例 设平行板电容器极板为圆板，半径为R ，两极板间距为d, 用缓变电流 IC 对电容器充电 解 任一时刻极板间的电场 极板间任一点的位移电流 由全电流安培环路定理 求 P1 ,P2 点处的磁感应强度 三. 麦克斯韦方程组的积分形式 1. 电场的高斯定理 2. 磁场的高斯定理 静电场是有源场、感应电场是涡旋场 传导电流、位移电流产生的磁场都是无源场 3. 电场的环路定理 —— 法拉第电磁感应定律 4. 全电流安培环路定理 静电场是保守场，变化磁场可以激发涡旋电场 传导电流和变化电场可以激发涡旋磁场 四个方程称为麦克斯韦方程组的积分形式.麦克斯韦方程组能完全描述电磁场的动力学过程 第11章 变化的磁场和变化的电场 M.法拉第(1791~1869)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 本章内容 11. 1 电磁感应 11. 2 感应电动势 11. 3 自感和互感 11. 4 磁场能量 11. 5 麦克斯韦电磁场理论简介 电流的磁效应 磁的电效应 电生磁 11.1 电磁感应 法拉第的实验： 磁铁与线圈有相对运动，线圈中产生电流 一线圈电流变化，在附近其它线圈中产生电流 电磁感应实验的结论 当穿过一个闭合导体回路所限定的面积的磁通量发生变化时，回路中就出现感应电流 变 变 产生电磁感应 一. 电磁感应现象 ? ? 二. 电动势 电源 将单位正电荷从电源负极推向电源正极的过程中，非静电力所作的功 定义 表征了电源非静电力作功本领的大小 反映电源将其它形式的能量转化为电 能本领的大小 非静电性场强 ? ? 对闭合电路 三. 电磁感应定律 法拉第的实验规律 感应电动势的大小与通过导体回路的磁通量的变化率成正比 负号表示感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因 —— 楞次定律 ? (1) 若回路是 N 匝密绕线圈 (2) 若闭合回路中电阻为R 感应电荷 讨论 例 匀强磁场中，导线可在导轨上滑动， 解 在 t 时刻 回路中感应电动势。 求 若 两个同心圆环，已知 r1r2,大线圈中通有电流 I ,当小圆环绕直径以 ? 转动时 解 大圆环在圆心处产生的磁场 通过小线圈的磁通量 例 感应电动势 求 小圆环中