《大学物理课件---感生电场-[福州大学李培官]》-课件设计(公开).ppt

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