电磁感应-1吴庆文.

第八章电磁感应作业：8T1-8下周一交到8T7回顾：磁介质1.介质的磁效应顺磁质抗磁质分子分子固有磁矩附加磁矩在外磁场中：oBB||0BB2.有介质时的环路定理:diHlI铁磁质的磁性：磁畴理论1r1r2解题一般步骤：由I传HBMHBHMmdiLLHlI对称场有磁介质时,只需将“B”中的o即可。例：无限长螺线管内的磁场无限长螺线管内充满介质时：nIBoBnI演示实验:巴克豪森效应2.铁磁质的磁化I..........................××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××铁磁质R高斯计2NIHR通电流：高斯计：BHrb：晶粒磁取向趋于与H同向00rBBBHHMHBr00)(a：畴壁移动，与H同向的磁畴增大（可逆）abcBB的变化落后于H，从而具有剩磁——磁滞效应每个H对应不同的B与磁化的历史有关。1)起始磁化曲线2)剩磁Br饱和磁感应强度BS3)矫顽力Hc(2)磁滞回线(3)在交变电流的励磁下反复磁化使其温度升高——磁滞损耗BrBcHHsB磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。为什么会出现这些现象？(可证明)sB4当温度升高到足够高时，热运动会瓦解磁畴内磁矩的规则排列。在临界温度（相变温度Tc）时，铁磁质完全变成了顺磁质。这个温度就是居里点Tc(CuriePoint)如：铁为1040K，钴为1390K，镍为630K5(1)软磁材料：r大，(起始磁化率大)饱和磁感应强度大适用于变压器、继电器、电机、以及各种高频电磁元件的磁芯、磁棒。4.3.铁磁质的分类特点：矫顽力(Hc)小，磁滞回线的面积窄而长，损耗小（HdB面积小）。易磁化、易退磁纯铁，坡莫合金(Fe，Ni)，硅钢，铁氧体等。如(2)硬磁材料：钨钢，碳钢，铝镍钴合金矫顽力(Hc)大，剩磁Br大磁滞回线的面积大，损耗大。适用于做永磁铁。耳机中的永久磁铁，永磁扬声器。cHcHHBHcHcHB6(3)矩磁材料Br=BS，Hc不大，磁滞回线是矩形。用于记忆元件，锰镁铁氧体，锂锰铁氧体当+脉冲产生HHc，使磁芯呈+B态，则–脉冲产生H–Hc使磁芯呈–B态，可做为二进制的两个态。cHcHHB7稳恒电磁场rrqEo341？生生01diSESq内d0El0diBlId0BS生034qvrBr电荷运动电荷磁场磁场磁电磁石电场回顾：静电场稳恒磁场8第八章电磁感应第1节法拉第电磁感应定律第2节感应电动势第3节互感与自感第4节磁场的能量Electromagneticinduction第5节麦克斯韦方程组9一、电磁感应电磁感应现象法拉第的实验:vSNBv软磁体为获得强磁场，电池组用到120个电瓶BAiiNSi10的共同因素:导体回路中的磁通量发生变化!磁电生导体回路中电流从何而来?问:演示电动势11ddBit电磁感应的实质是产生感应电动势dd1BiiIRRt二、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律其中i为回路中的感应电动势1.电磁感应定律（实验总结）回路中的感应电流:注:以下B简写为!121º任一回路中：dBSdcosBS其中B,,S有一个量发生变化,回路中就存在i。2º“–”表示感应电动势的方向,i和都是标量，方向只是相对规定的回路绕行方向而言。例如：dditBniBni(,)90Bn(,)90Bndcos0BSi与假定方向相反若↑,dd0,t0若↓,i与假定方向同向则i0说明:dd0,t则i0LL13楞次定律:闭合回路中，感应电流总是使它激发的磁场去阻碍引起闭合回路中磁通量的变化。顺时针方向逆时针方向ii3º感应电动势的方向可直接用楞次定律判断.Bndd0tBndd0t例如:LL142.电磁感应定律的一般形式若回路由N匝线圈组成：若1=2=···=N=，则其中=1+2+···+N回路的总磁通匝链数回路中的感应电流：dd1iiINRRt从t1→t2时间内,通过导线任一横截面的电量：ddd21NtRtd21titqIt12NR若已知N、R、q，便可知=？若将1定标,则2为t2时回路的磁通量。dditddiNt全磁通磁通计原理例1.长直导线通有电流I，在它附近放有一矩形导体回路.求:（1）穿过回路中的；（2）若I=kt(k=常数)回路中i=？（3）若I=常数，回路以v向右运动，求i=？（4）若I=kt,且回路又以v向右运动时,求i=？解：设回路绕行方向为顺时针（1）dbaBlrd2boaIlrr0ln2Ilba（2）I=kt时，在t时刻:0ln2lkbtaddit0ln2lkba逆时针方向abIldrr距导线r处取一窄条dr窄条面上的磁通为：Bldr则：90（3）任意t时刻回路的磁通量d02Ilrr0ln2Ilbvtavtddit0()2()()Ilabvavtbvt顺时针方向a+vtb+vt100i例1.求:（3）若I=常数，回路以v向右运动，求i=？（4）若I=kt,且回路又以v向右运动时,求i=？解：（4）综合（2）（3）t时刻回路的磁通量为0ln2klbvttavtddit0()[ln]2()()bavtklbvtavtbvtavti0,同向i0,反向abIldrr3.电源电动势E非FeF+QQ+++++++i提供非静电力的装置——电源A——将q从负极移到正极F非做的功则电源的电动势为：qA从场的观点：引入——等效非静电场的强度非EqFE非非电源的电动势：dEl非dLEl非或对闭合回路。18感应电动势i内是什么力作功？的变化方式：导体回路不动，B变化~~感生电动势导体回路运动，B不变~~动生电动势dditi为回路中载流子提供能量！它们产生的微观机理是不一样的。电磁感应的实质是产生感应电动势：1ddiiINRRt19二-1、动生电动势B不变，导体回路运动。1.产生动生电动势的机制1）等效非静电场Ek导线L在外磁场中运动时，L内自由电子受到磁场力作用：Bvef洛定义非静电场：efEk洛Bv,sinvBEk方向Bv2）动生电动势定义dikLEldLvBl动20LvB洛f动生电动势的非静电场:但是：vBvef洛矛盾？动的出现是什么力作功呢？f洛不作功!3.谁为回路提供电能？()diLvBl0i2.一般情况下动生电动势的计算,0)(Bv[()d]2vBl当注意：efEk洛BvBvi可见,动生电动势只出现在运动的导体上.21电子同时参与两个方向的运动：v方向,随导体运动；u方向,电子漂移形成电流。总洛仑兹力：12Fffvabf1f2uVFFV1212()()0ffvufufv总洛仑兹力不作功即：显然：11//,0,fufuf1作正功，即非静电力Ek作功。212,0,fvfufvf2作负功要使棒ab保持v运动,则必有外力作功：2ff外即：1fvfu外0FVi动的出现是什么力作功呢？结论:外力克服洛仑兹力的一个分力做功,由另一分力转化为回路中的电能22解法一：由定义daibabvBl12vBl方向：dditdd1()2Blxt12Blv解法二:用法拉第定律a0顺时针方向dlbacdsin30cosaobvBlbSBcos)(lxB1()2Blx例2.在均匀磁场B中,金属杆ab沿导体框向右以v运动,如图,=60o,且dB/dt=0,求其上的i?d()iLvBl此电动势只出现在ab杆上23例3.金属杆oa长L，在匀强磁场B中以角速度反时针绕o点转动。求杆中感应电动势。解法一:dd()ivBldlBldoailBl方向:a根据法拉第电磁感应定律解法二：任意时刻通过扇形截面的磁通量BS21()2BLdd212iBLt212BL根据动生电动势定义取微分元dlodlvaaoBd()iLvBl0iab24举一反三：（1）半径为R的金属圆盘以转动，求中心与边沿的?i（2）以下各种情况中?iIvIv2roaLvIaLvBEF(a)(b)(c)(d)BB212iBR0i022iISrtcosiaovBL0ln2iEFIaLva25本节重点：（1）掌握法拉第电磁感应定律及物理意义，并会计算感应电动势和判断方向。（2）理解动生电动势，并会计算一些简单几何形状的导体在磁场中运动的电动势。作业：8T1-8下周交到8T7保证了电磁现象中的能量守恒与转换定律的正确,并且也确定了电磁“永动机”是不可能的。正是外界克服阻力作功，将其它形式的能量转换成回路中的电能。NS楞次定律中“反抗”与法拉第定律中“–”号对应。SNi若没有“–”或不是反抗将是什么情形？NSSNi过程将自动进行，磁铁动能增加的同时，感应电流急剧增加，而i↑，又导致↑→i↑…而不须外界提供任何能量。不可能存在！注电磁永动机v