大学物理 第十三章 电磁感应 感应电动势.pptVIP

大学物理 第十三章 电磁感应 感应电动势.ppt

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大学物理 第十三章 电磁感应 感应电动势

* * * * * * * * * * 第三篇 电磁学 13-2 感应电动势 第十三章 电磁感应 上节课回顾: 一、法拉第电磁感应实验 二、电磁感应定律的数学形式: 三、楞次定律 : 判定感应电动势的方向(右手螺旋法则) 的分类 导体回路不动,磁场变化产生 磁场不变,导体回路运动产生 感生电动势 动生电动势 1 一般形式 感生电动势: 一般公式 G 1 2 磁场 B?t 变化的同时 电场 产生 感应电场(涡旋电场): 是非保守力场, 1. 产生感生电动势的机制 由法拉第电磁感应定律: 13-2 感应电动势 感应电场 对于固定的导体回路,穿过回路的磁通量发生变化时,在回路中产生的感应电动势称为感生电动势。 一、 感生电动势 1. 定义: 2. 数学表达: 一般公式 实验发现:这个感生电动势的大小、方向与导体的种类和性质无关,仅由变化的磁场本身引起。麦克斯韦(Maxwell) 敏锐地感觉到感生电动势的现象预示着有关电磁场的新的效应。 2 是不是静电场Ee? 二、感应电场 1. 产生感生电动势的机制——感应电场Ei G 1 2 线圈1中,I?变化时, 两个静止的线圈 驱动线圈2中电荷运动的绝不是磁场 线圈2中出现?感应电流Ii Ee为保守力场。 静电场Ee不能为闭合回路运动的电荷提供能量。 Maxwell相信即使不存在导体回路,变化的磁场在其周围空间会也激发出一种电场,它提供一种非静电力能产生 ,这种电场叫做感应电场或涡旋电场。可用 来表示。 均对电荷有作用力(共同点)。 Ei由变化磁场激发;为非保守场。 与 的比较 3 动画 3) 是非保守力场, 2) 不依赖空间是否有导体存在, 只要有 则就有Ei的存在。 1) 与 一样,对场中的电荷有电场力的作用。 麦克斯韦 磁场 B?t 变化的同时 此电场的电力线是闭合的,称为涡旋电场—感应电场Ei 引入 感应电场的概念 电场 产生 非保守场 的特点分析: 4 2. 感生电动势 由: 的环路定律。 注: 与 成右手螺旋关系。 其电力线是无头无尾闭合曲线——涡旋电场。 方向判断——用楞次定律,Ei与?i方向基本一致。 3. 与 的异同 相同处: 对电荷的作用相同。 不同处 无源 有源 无旋 有旋 保守场→电势 非保守场 定义: 对闭合回路: 显然?i 与导体回路形状有关。 场中不能引入电势概念。 显然, 与 为左螺旋。 5 与 的比较 对场中的电荷有力的作用 同静电场 由静止的电荷激发 由变化的磁场激发 使导体内电荷移动产生静电感应,平衡时内部场强为零,导体是等位体不能形成持续电流。 使导体内电荷移动产生电磁感应,导体内产生感应电动势 ——感应电流。 有源场 无旋场 无源场 有旋场 电力线不闭合 电力线闭合 保守场 、 可以引入电 位 非保守场、不能引入电位 感应电场 静电场 场方程 场方程 6 o a b r 当r>R时: 4. 的计算 例1. 求一个轴对称磁场变化时的涡旋电场。已知磁场均匀分布在半径为R的范围,且dB/dt=常量,而且大于零。 求: 1)任意距中心o为r处的Ei=? 2)计算将单位正电荷从a→b,Ei的功。 解: 1)由B均匀及轴对称性可知,在同一圆周上Ei的大小相等,方向沿切线方向。 Ei 取半径为r的电力线为积分路径, 方向沿逆时针方向: 当r<R时: r 一般情况下的 的计算较复杂 7 2)沿1/4圆周将单位正电荷从a→b,Ei作功 沿3/4圆周Ei作功 结论: 1)Ei∝dB/dt,与B大小无关? 2)r>R,磁场外Ei ≠ 0。 3)A1/4ab≠ A3/4ab o a b r 即: Ei作功与路径有关 —— 非保守场 不能引入电势概念! 8 例2.在例1中,如图放入一边长为l的正方形导体回路oabc。 求:1)回路各边的感应电动势; 2) ?i总; 3)回路内有静电场吗? 若有哪点(c与a)电势高。 解: 1) 同理: o 2) ?i总= ?ab+ ?bc 或?i总= -d?/dt =l2dB/dt, 注:根据对称性:1),2)的计算可以倒过来进行。 9 3)有静电场!在哪里? ?ab= ?bc会使 正电荷在c点聚集,而a点有负电荷积累 Uabc=Ua – Uc= ? ?i – ? IiRi = –(?ab+ ?bc) – (– 2I×R) o 等效电路 = – (l2/2)dB/dt 结论一致 或: Uaoc=Ua – Uc =0 – ? IiRi 0 10 例3. 在例1的场中h 处,放入一根长为L的导体棒ab,求

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