电磁感应定律_1概要

§3.1电磁感应定律•电磁感应的基本现象•法拉第电磁感应定律•楞次定律§3.2动生电动势和感生电动势•动生电动势•感生电动势•电子感应加速器•涡电流§3.5自感与互感•自感电动势自感•互感电动势互感本章重点研究电磁感应现象、电磁感应的基本规律、感应电动势产生的机制以及计算.第三章电磁感应electromagneticinduction§3-1电磁感应定律Lawofelectromagneticinduction一、电磁感应现象1、电磁感应现象的发现•1820年，Oersted发现了电流的磁效应•1821年,Faraday发明电动机•1825年,斯图金制造出电磁铁•1831年11月24日，Faraday发现电磁感应现象•1834年，Lenz在分析实验的基础上，总结出了判断感应电流方向的法则•1845年，Neumann借助于安培的分析，从矢势的角度推出了电磁感应定律的数学形式法拉第(MichaelFaraday1791—1867)伟大的英国物理学家和化学家。法拉第主要从事电学、磁学、磁光学、电化学方面的研究，并在这些领域取得了一系列重大发现。他创造性地提出场的思想。他是电磁理论的创始人之一，于1831年发现电磁感应现象，后又相继发现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性，以及光的偏振面在磁场中的旋转。电动机、发电机都是他发明的,他为人类进入电气化时代奠定了基础.2、电磁感应的典型实验NS相对运动感应电流?K磁场变化感应电流?②磁场变化①相对运动Bv③S变化B④θ变化wn0θ磁通量变化感应电流当穿过闭合回路的磁通量发生变化时,回路中就产生感应电动势,从而形成感应电流,且电流的大小与磁通量变化的快慢有关.此现象称电磁感应现象.结论二、法拉第电磁感应定律dkdt0,0与L反向0,0与L同向2、电动势方向:1、内容：当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，回路中感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化0nLB0BnL国际单位制中:k=1•确定回路绕行方向；•根据回路的绕行方向，按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正法线方向；然后确定磁通量的正负；•根据磁通量变化率的正负来确定感应电动势的方向。结论不论闭合回路的绕行方向怎样选取,回路中感应电动势总是与磁通量对时间变化率符号相反.问题:电动势的方向依赖于回路绕行方向的选取吗?磁通匝链数(magneticfluxlinkage):123ΨΦΦΦ123()dΦΦΦdΨεdtdt+++=-=-3、讨论：a.若有N匝线圈:它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生的电动势之和。令每匝的磁通量为1、2、312dddtdtdψdΦεNdtdt若每匝磁通量相同b.闭合回路中的感应电流1dIiRRdt＝c.感应电量t1时刻磁通量为Ф1，t2时刻磁通量为Ф2,dt时间内通过导体截面的电量1dddqIdtdtRdtR21211dqRR•回路中的感应电量只与磁通量的变化有关.•用途：磁通计。BSBlxdBlxddxBlBlvdtdtdt例1.如图所示,磁感应强度为B=1000Gs的均匀磁场垂直于纸面向里.一矩形导体线框ABCD平放在纸面向内,线框的CD边可以沿着AD和BC边滑动.设CD边的长度为10cm,向右滑动的速度为v=1.0m/s,求此线框中产生的感应电动势的大小和方向.vBDACBx21.010V感应电动势方向:逆时针方向i解:设t时刻CD边运动至x处.注意:此题得出的ε=Blv不能随意使用.只有直导体,均匀磁场且B、v、l三者两两互相垂直.Oyx例2.如图所示,长直导线AB中的电流I沿导线向上,并以dI/dt=2A/s的速度均匀增长.在导线附一个与之同面的直角三角形线框,其一边与导线平行.求此线框中产生的感应电动势的大小和方向.解:建立坐标系如图所示,0.22xy三角形线框上的磁通量为bm).xπIydxμ00050(2dx.x.xπIμbm00050202282.5910I(Wb)AB20cm10cmIcm5dx三角形线框感应电动势大小为dtdm其方向为逆时针绕行方向.V105.188dtdI8102.59AB20cm10cmIcm5话筒是把声音转变为电信号的装置。图2是动圈式话筒构造原理图，它是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。麦克风交流发电机原理例3．交流发电机原理：面积为S的线圈有N匝，放在均匀磁场B中，可绕oo’轴转动，若线圈转动的角速度为ω，求线圈中的感应电动势。解：设在t=0时，线圈平面的正法线n方向与磁感应强度B的方向平行，那么，在时刻t，n与B之间的夹角θ=ωt，此时，穿过匝线圈的磁通量为：coscosNBSNBStw由电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为：tNBStNBSdtddtdisincos令εm=NBω，则εi=εmsinωtεi为时间的正弦函数，称正弦交流电，简称交流电。四、楞次定律(Lenzlaw)楞次（Lenz,HeinrichFriedrichEmil）楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平洋、印度洋海水含盐量不同的现象，1845年倡导组织了俄国地球物理学会。1836年至1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师范等院校物理学教授。楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律是一大贡献。1842年，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效应的规律，这就是大家熟知的焦耳——楞次定律。他还定量地比较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。1、内容：闭合回路中感应电流的方向总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。1834年楞次提出一种判断感应电流的方向，再由感应电流来判断感应电动势的方向。NSiIiB●BiI思考问题：将磁铁插入非金属环中，环内有无感生电动势？有无感应电流？环内将发生何种现象?有感应电动势存在，而无感应电流.有感应电场存在,将引起介质极化.NS非金属环楞次定律的表述二:感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因.NSNSvBiIFFBS3、楞次定律与能量守恒定律感应电流产生的磁场力（安培力），将反抗外力。即可以说外力反抗磁场力做功，从而产生感应电流转化为电路中的焦耳热，这是符合能量守恒规律的。否则只需一点力开始使导线移动，若洛仑兹力不去阻挠它的运动，将有无限大的电能出现，显然，这是不符合能量守恒定律的。IBLFLFVF外I五、涡电流1、涡电流大块导体处在变化磁场中，或者相对于磁场运动时，在导体内部也会产生感应电流。这些感应电流在大块导体内的电流流线呈闭合的涡旋状，被称为涡电流或涡流。2、涡流的热效应电阻小，电流大，能够产生大量的热量。3、应用加热真空无接触加热高频感应炉电磁率工作频率：20-30kH热效率：80%4、涡流的阻尼作用当铝片摆动时，穿过运动铝片的磁通量是变化的，铝片内将产生涡流。根据楞次定律感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。因此铝片的摆动会受到阻滞而停止，这就是电磁阻尼。应用：电磁仪表中使用的阻尼电键电气火车中的电磁制动器电磁驱动转速计5、电磁驱动:转速计,感应式异步电动机6、涡流的防止•用相互绝缘叠合起来的、电阻率较高的硅钢片代替整块铁芯，并使硅钢片平面与磁感应线平行；作业：3-4，3-5，3-8