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今天是2018年12月20日星期四
大学物理
福州大学至诚学院
---感生电场
大学物理教研室 李培官
第八章.电磁感应---电磁场
8-2-2.感生电场
当电键 K 闭合时,线圈1
中要产生感应电流。
导体或导体回路静止不动而磁场变化时,穿过回路的磁通量也发生变化,由此在回路中激发的感应电动势,称为感生电动势。
产生感生电动势的非静电力是什么呢?
分析:这种力能对静止电荷有作用,与磁场的变化有关,但既不会是洛仑兹力,也不是库仑力。
一.感生电动势
麦克斯韦提出:即使不存在导体回路,在变化的磁场周围也存在一个变化的电场,这个电场称为感生电场。
感生电动势的非静电力:感生电场施于导体中电荷的力。
感生电场也会对电荷有作用力。
由于磁场随时间变化,则必然存在:
由法拉第电磁感应定律
得感生电动势为
随时间变化的磁场在其周围激发一种电场,叫感生电场(涡旋电场) 。它对电荷也有力的作用。此作用力叫感生电场力,它是产生感的非静电力。
对闭合回路L,由电动势的定义:
又:
S是回路L所限定的面积
二.感生电场与变化磁场的关系
一般情况:
——普遍情形电场的环流
思考:
闭合曲面的涡旋电场通量为多少?
普遍情形电场的Gauss定理形式如何?
麦克斯韦假设感生电场的性质方程为:
1)感生电场的环流
这就是法拉第电磁感应定律
说明感生电场是非保守场
三.感生电场的性质
3) S 与L的关系
S是以L为边界的任意面积
如图 以L为边界的面积可以是S1 也可以是S2
2)感生电场的通量
说明感生电场是无源场
感生电场线
起源
由静止电荷激发
由变化的磁场激发
电力线形状
电力线为非闭合曲线
电力线为闭合曲线
静电场为无旋场
感生电场为有旋场
电场的性质
为保守场作功与路径无关
为非保守场作功与路径有关
静电场为有源场
感生电场为无源场
四.感生电场与静电场的区别
在一般情况下,空间中的电场既有静电场也有感生电场,即总场强为:
电磁场的基本方程之一
在稳恒条件下,一切物理量不随时间变化,
静电场的环路定理
2.具有柱对称性的感生电场存在的条件:
空间均匀的磁场被限制在圆柱体内,磁感应强度方向平行柱轴,如长直螺线管内部的场。
磁场随时间变化,则这时的感生电场具有柱对称分布。
具有某种对称性才有可能计算出来
只有
1.计算公式:
五.感生电场的计算
解:
取螺线管的任一横截面,如图所示。
现取回路绕向也为逆时针。
(1)先考虑管内任一点P:
以o为圆心,以r为半径作圆形回路L,则回路上各点感生电场大小相等,方向沿切向。
(2)再考虑管外任一点Q:
(注:管外无磁场!)
管外无磁场,但却有感生电场!
思考:
即管内磁场随时间非线性变化时,管外有无磁场?
× × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × × × ×
× × × × ×
解:
【例2】 有一匀强磁场分布在一圆柱形区域内,已知: ,方向如图。求: 。
由电动势定义求解
建坐标 ox
逆时针
电动势的方向:
由 C→D
逆时针
(D点电势高)
用法拉第定律求解。
与所选回路同向
加辅助线组成三角形回路OCDO,
另解:
C→D
回路方向为逆时针
1.涡电流:感应电流不仅能在导电回 路内出现, 而且当大块导体与磁场有相对运动或处在变化的磁场中时,在这块导体中也会激起感应电流.这种在大块导体内流动的感应电流,叫做涡电流 , 简称涡流.
应用 热效应、电磁阻尼效应.
六.感生电场的应用
炼制特殊钢
去除金属电极吸附的气体
电磁炉
涡电流的机械效应
工频感应炉的应用
在冶金工业中,某些熔化活泼的稀有金属在高温下容易氧化,将其放在真空环境中的坩埚中,坩埚外绕着通有交流电的线圈,对金属加热,防止氧化。
涡电流的应用
在金属材料中,由于多数金属的电阻率较小,因而在整块金属内部激起的涡电流很大。类似于普通电流,涡电流会在整块金属中产生焦耳热,称为涡电流的热效应。
用涡电流加热金属电极
在制造电子管、显像管或激光管时,在做好后要抽气封口,但管子里金属电极上吸附的气体不易很快放出,必须加热到高温才能放出而被抽走,利用涡电流加热的方法,一边加热,一边抽气,然后封口。
电磁炉
在市面上出售的一种加热炊具----电磁炉。这种电磁炉加热时炉体本身并不发热,在炉内有一线圈,当接通交流电时,在炉体周围产生交变的磁场,
当金属容器放在炉上时,在容器上产生涡电流,使容器发热,达到加热食物的目的。
电度表记录电量
电度表记录用电量,就是利用通有交流电的铁心产生交变的磁场,在
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