磁场的产生与描述课件.pptVIP

*************************************磁场中的闭合电流圈1磁力矩电流环在均匀磁场中的最主要作用2安培力分析力矩来源于环上各点不同安培力3能量状态系统趋向最小能量构型4应用实例电动机和测量仪表的工作原理闭合电流圈（如矩形线圈或圆形线圈）在磁场中的行为是电磁学的重要内容。当电流圈放置在均匀磁场中时，环上各点受到的安培力虽然大小相等，但方向不同，合力可能为零，但会产生一个力矩，使电流圈的平面趋于与磁场方向垂直的位置。对于面积为A、通过电流I的平面电流圈，在磁感应强度为B的均匀磁场中，所受力矩τ=BIA·sinθ，其中θ是电流圈法向量与磁场方向的夹角。电流圈等效为磁矩m=IA，力矩表达式可写为τ=m×B。从能量角度看，电流圈在磁场中的势能U=-m·B=-BIAcosθ，系统趋向最小能量状态，即θ=0的构型，此时电流圈平面垂直于磁场方向。这一原理是电动机、电流计、扬声器等众多设备的工作基础。电磁感应现象1法拉第发现1831年，英国物理学家迈克尔·法拉第发现了电磁感应现象：当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，回路中会感应出电动势和电流。法拉第通过一系列精心设计的实验证明，无论是磁铁相对导体运动，还是改变电流产生的磁场，只要导体回路中的磁通量发生变化，就会产生感应电动势。这一发现是电磁学史上的重大突破，为后来的发电机和变压器等设备奠定了理论基础。2法拉第定律法拉第电磁感应定律定量描述了感应电动势与磁通量变化率的关系：感应电动势大小等于磁通量变化率的负值，即ε=-dΦ/dt。负号表示感应电动势的方向使得产生的感应电流所建立的磁场总是阻碍原磁通量的变化，这就是楞次定律的内容。法拉第定律是电磁学的基本定律之一，是变压器、发电机等电气设备设计的理论依据。3楞次定律楞次定律是对感应电流方向的定性描述：感应电流的方向总是使其产生的磁场阻碍引起感应的磁通量变化。例如，当磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场相反；当磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场相同。楞次定律本质上反映了能量守恒原理，表明产生感应电流需要做功，这个功来自引起磁通量变化的机械力或电源。动生电动势定义机制动生电动势是导体在磁场中运动切割磁力线而产生的感应电动势。它的产生机制是洛伦兹力使导体中的自由电子发生定向移动，在导体两端形成电位差。1计算公式对于长度为L的直导体以速度v垂直于磁场B移动，感应电动势ε=BLv。若运动方向与磁场夹角为θ，则ε=BLvsinθ。2方向判断感应电动势的方向可用右手定则确定：右手拇指指向导体运动方向，食指指向磁场方向，则中指指向的方向即为正电荷移动方向。3应用实例动生电动势原理是发电机、电磁流量计、速度传感器等设备的工作基础，也解释了感应制动和感应加热现象。4动生电动势是电磁感应的一种重要形式，特指由于导体在磁场中运动而产生的电动势。从微观角度看，这是由于导体中的自由电子随导体一起运动，在磁场作用下受到洛伦兹力，导致在导体内部产生电荷分离，形成电场和电动势。动生电动势的大小与磁感应强度、导体有效长度和垂直于磁场的运动速度成正比。当导体构成闭合回路时，会产生感应电流，这个电流又会受到磁场的作用而产生安培力，这个力总是阻碍导体的运动，即楞次定律的体现。感生电动势定义与机制感生电动势是由于磁场随时间变化而在固定导体回路中产生的感应电动势。它的产生机制是变化的磁场在空间产生感应电场，这个电场沿闭合路径的线积分就是感生电动势。感生电动势是电磁感应的另一种重要形式，与动生电动势共同构成电磁感应的完整理论。与磁通量变化的关系感生电动势的大小等于磁通量变化率的负值，即ε=-dΦ/dt=-d(BS·cosθ)/dt。磁通量变化可能来自磁感应强度B的变化、回路面积S的变化、或磁场方向与回路法线夹角θ的变化。无论哪种情况，只要导致磁通量变化，就会产生感生电动势，这是法拉第电磁感应定律的核心内容。感应电场特点变化的磁场产生的感应电场与静电场有本质区别：静电场是保守场，而感应电场是非保守场，其旋度不为零。感应电场的方向沿闭合曲线，力线呈环形分布。感应电场的大小与磁场变化率成正比，与点到磁场变化区域的距离有关。理解感应电场的特性是掌握电磁感应本质的关键。自感和互感自感现象自感是指载流线圈中电流变化时，线圈本身产生的磁场也随之变化，这一变化的磁场又在线圈中感应出电动势的现象。自感电动势的方向总是阻碍电流的变化：当电流增加时，自感电动势方向与电流方向相反；当电流减小时，自感电动势方向与电流方向相同。自感是电感器件的基本工作原理。自感系数自感系数L定义为线圈中的磁通量Φ