大学物理学(上册第8章 电磁感应.ppt

8.4 磁场能量 结论：在原通有电流的线圈中存在能量 —— 磁能 自感为L 的线圈中通有电流 I0 时所储存的磁能为电流 I0 消失时自感电动势所做的功 电流I0 消失过程中自 感电动势所做的总功 (磁能) 与电容储能比较： 以无限长直螺线管为例来分析磁能分布情况 磁能 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! （1） （2） 说明: 磁场能量密度与电场能量密度公式比较 例 直流电磁铁装置由绕了线圈的电磁铁和在其上届面积为S 的扁平衔铁C 两部分组成。若加电后，电磁铁与衔铁间的磁感应强度为 求 该电磁铁的吸力 的大小. 解: 衔铁受C向下移动距离dx时，吸力作功 dA =Fdx 空气隙处减小的体积： dV=Sdx 空气隙中的磁场能量密度 根据能量守恒 8.5 麦克斯韦电磁理论简介 8.5.1 位移电流 全电流安培环路定理 变化磁场 产生感生电场 变化电场 产生磁场 稳恒磁场中, 安培环路定理： 以 L 为边做任意曲面 S 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! 麦克斯韦假设: 电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率. 位移电流密度 * * 第8章 电磁感应 本 章 内 容 8.1 电磁感应定律 8.2 动生电动势与感生电动势 8.3 自感和互感 8.4 磁场能量 8.5 麦克斯韦电磁理论简介 8.1 电磁感应定律 8.1.1 电磁感应现象 电流的磁效应 磁的电效应 电生磁 法拉第的实验的结论： 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 演示 8.1.2 楞次定律 N S 闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）。 N S 用楞次定律判断感应电流方向 N S × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × 楞次定律: 闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因. 楞次定律是能量守恒定律的一种表现! 机械能 焦耳热 维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热 迈克尔·法拉第，英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭。仅上过小学。1831年，他提出了法拉第电磁感应定律，它成为四条麦克斯韦方程组之一。永远改变了人类文明。法拉第并依照此定理，发明了早期的发电机，此为现代发电机的始祖。 Michael Faraday， （1791-1867） 8.1.3 法拉第电磁感应定律 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 判定?i方向的步骤: （2）若回路是 N 匝密绕线圈 （3）若回路闭合，则 感应电荷 讨论: （1）产生感应电动势的必要条件： （4）若闭合回路中电阻为R 若回路不闭合，则 但 ——磁通计原理 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: 通过面积元的磁通量 （方向顺时针方向） 例 求 线框中的感应电动势。 8.2 动生电动势与感生电动势 8.2.1 动生电动势 两种不同机制 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动（切割磁场线）— 动生电动势 相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变化— 感生电动势 ? ? 单位时间内导线切割的磁场线数 电子受洛伦兹力 —— 非静电力 非静电场 动生电动势 应用 磁场中的运动导线成为电源，非静电力是洛伦兹力! 演示 讨论: （1） 注意矢量之间的关系 （2）对于运动导线回路，电动势存在于整个回路 (法拉第电磁感应定律) 例 在匀强磁场 B 中，长 R 的铜棒绕其一端 O 在垂直于 B 的 平面内转动，角速度为? ? O R 求 棒上的电动势 解: 方法一 (动生电动势) dl 方向: 方法二(法拉第电磁感应定律) 在 dt 时间内导体棒切割磁场线 方向由楞次定律确