电磁学通论教学PPT（共8章）Chapter6电磁感应.pptxVIP

;第6章 电磁感应 ;本章概述;6.1 法拉第电磁感应定律 ; 电磁感应现象 ;当无源回路( L2 )相对回路( L1 )而运动，或移动或转动或形变，在运动过程中将有电流 i2 ；反之，当回路( L1 )相对( L2 )而运动，也将有电流 i2，即便电流 I1保持恒定。 若以永磁棒替代回路( L1 )，当磁棒插入或拔出线圈( L2 )瞬间，将出现瞬时电流 i2；插入或拔出的速率越快，则 i2值越大；若磁棒在线圈( L2 )中不动，则 i2为零。;法拉第的发现;他在长8英尺、直径3/4英寸的空心纸筒上，绕上8层铜线圈而成为一个多层螺线管，且??这8层线圈并联起来，再接到一电流计上； 手持一条形磁棒其长为8.5英寸、直径为3/4英寸，迅速插入那螺线管，出现电流计指针偏转； 然后将磁棒拔出，出现指针偏转到相反方向； 每次将磁棒插入或拔出时，上述效应均得以重复； 然而，当磁棒停止在螺线管内部，则指针不动。;制作了一直径12英寸的铜盘，安装在一水平黄铜轴上，再将一电流计的两端用导线分别联接到盘边和盘轴上，还有一个强磁棒置放于铜盘邻近； 实验时让铜盘旋转起来，电流计指针向西急偏； 当铜盘反向旋转，发现指针向东急偏； 当铜盘持续稳定旋转，发现指针稳定地偏转。;电磁感应定律; 从众多电磁感应效应的因果关系的研究中，提炼出一个对于电磁感应因果关系的一个最普遍的概括，即，当回路( L )中的磁通有了变化，则出现一感应电动势?i于这回路中，其数值正比于磁通的时间变化率 dΦ/dt，其环绕方向即其正负号决定于( -dΦ/dt )。最终给出电磁感应定律的数学表达式为， ;式中含有几个量的 ± 号问题，兹作以下说明。 磁通Φ有± 号，由回路(L)的环绕方向按右手螺旋定则，来确定Φ=∫∫B·dS 的正负号，而回路方向的选择系约定，是人为设定的； dΦ/dt 有 ± 号，这由实际情况B(t)给定； 而表达式中的负号，反映了一种规律性，永存不移。比如图中，事先约定回路方向为逆时针转向，而磁感B大体向上，则其Φ0；当 B(t) 随时间减弱，则 dΦ/dt 0；;感应电动势?i 0 ，这意味着，若这回路由导线围成而出现的感应电流 ii，其环绕方向与当初设定的回路方向一致。当然，当初可以设定回路方向为顺时针，则按以上规划得目前情形下?i 0，这意味着感应电流ii的绕向依然为逆时针。;楞次定律;其实，法拉第在其一系列有关电磁感应的原创实验中，对感应电流的方向也作过一定的记述，但多少显得零散，未能概括出一个简明的表述。楞次仔细分析了法拉第和他人的有关实验结果，终于提炼出上述一个法则或判据。 楞次定律有助于在较为复杂情况下快捷判定感应电流方向，尤其是判定感应电流载体的运动趋势，而无需明了感应电流的细节。 楞次定律的表述方式，体现了物理学一贯崇尚的思维方式和研究路线，即，探求一种尽可能简单的表述，以说明尽可能多的物理现象或物理事件。 又及，电磁感应定律的数学表达式，是1845年，F.E.诺埃曼在法拉第和楞次的研究基础上，通过理论分析而给出的，该式中 dΦ/dt 前的负号，正是楞次定律所要求的。;无源或有源线圈运动于非均匀磁场中;同理，若无源线圈初速向左，则载有感应电流的该线圈，必将受到一个向右的磁场力 f’，如图所示，这是楞次定律给出的结果，这与连环式顺序分析 Φ、 dΦ、 -dΦ/dt 、ii 所受的安培力 f’所得结论一致。 设想，此时若 f’ 方向也朝左，则线圈的动能不断得以增加，且磁场得以加强以致磁场能量也增加，这就违背了能量守恒法则 ;一个有源线圈被置放于一非匀磁场中 ; 如此情势，这有源线圈的动能持续增加，且线圈产生的磁场与外磁场方向在主要区域的一致性，使磁场能量也得以增加。那么，这两部分能量的增加来自何方。 须知，置于磁场中的有源线圈与磁场组成的系统，是一非孤立系，它联系着一个直流电源?。由于出现了与 I0反向的感应电流 i’，使线圈中的实际电流 i =(I0 - i’) I0，这导致直流电源 ?提供的功率 i?，大于线圈中电阻 R 所消耗的焦耳热功率 i2R ：;顺便指出，从以上两个例子关于能量变化的分析中，初步领略到伴随感应电流而出现的能量转化事宜，是比较复杂的。 感应电流的磁效应、热效应和力学效应，分别联系着其磁场能量、热能和机械能；若是有源线圈，又多了一个电源能参与能量交换。 以后，将针对电磁感应的具体问题，对相关能量问题作出具体分析和定量考核。;6.2 动生电动势 感生电动势 涡旋电场 ;引言;动生电动势 ;其实，动生电动势所联系的非静电力KM，是由洛伦兹力FL提供的，;动生电动势的本源系洛伦兹力，准确地说，它系洛伦兹力的一个分力。 ; 必须指出，上面式中的速度