12.1-电磁感应定律

第12章电磁感应(electromagneticinduction)希望你们年青的一代，也能象蜡烛为人照明那样，有一份热，发一份光，忠诚而踏实地为人类伟大事业贡献自己的力量。——法拉第法拉第（MichaelFaraday,1791-1867），伟大的英国物理学家和化学家。他创造性地提出场的思想，磁场这一名称是法拉第最早引入的。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。12.1电磁感应定律1、电磁感应现象磁棒相对线圈运动得越快，回路中电流就越大。现象一一个线圈的两端接在检流计上，构成测量回路。当磁棒相对线圈运动时，检流计的指针将发生偏转。回路中电流的方向与磁棒的运动方向及磁极的方向有关。两个彼此靠得很近的线圈相对静止，线圈A和检流计相连。B线圈与直流电源、电键连接成回路。现象二接通或断开线圈B中的电流，在线圈A中检流计的指针将发生偏转，但两种情况下电流的流向相反。调节滑线变阻器，当回路1中电流发生变化时，在回路2中检流计指针将发生偏转，回路2中电流的流向与回路1中电流的变化有关。R12εGm将一根与检流计连成测量回路的导体棒放在均匀磁场中，当导体棒在恒定磁场中切割磁感应线时，回路中检流计的指针将发生偏转，检流计指针偏转方向与导体棒运动方向有关。导体棒运动得越快，回路中电流就越大。现象三在现象一和现象二中，线圈回路中的磁场发生了变化，在现象三中，回路中的磁场并没有变化，但回路面积发生了变化。在这三种情况下，有一点是共同的：即穿过闭合导体回路的磁通量都发生了变化。当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，不管这种变化是什么原因引起的，在导体回路中就会产生感应电流(inductioncurrent)。这就是电磁感应(electromagneticinduction)现象。abiabviI电动势electromotiveforce（emf）iRiIiI形成产生当通过回路的磁通量变化时，回路中就会感生电流，说明回路中出现了感应电动势(inductionelectromotiveforce)。因回路的磁通量的变化而产生的电动势叫感应电动势。感应电动势可以在非导体回路中产生，尽管此时无感应电流。感应电流只是回路中存在感应电动势的对外表现。abvabviIabi当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电动势，且感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值.2、法拉第电磁感应定律ddΦkt国际单位制1kΦ韦伯伏特1）若闭合回路的电阻为R，感应电流为tΦRIdd1i时间内，通过回路的感应电量：12ttt21dttqIt212111dΦΦΦΦΦRR2）闭合回路由N匝密绕线圈组成NΦ磁通链:ddt感应电动势的方向ddΦt由于电动势和磁通量都是标量，因此，它们的“正负”相对于某一指定的方向才有意义。用法拉第电磁感应定律确定电动势方向，通常遵循以下步骤:①任意规定回路的绕行正方向；②确定通过回路的磁通量的正负；③确定磁通量的时间变化率的正负；④最后确定感应电动势的正负。()0,0,0dadtvNB0n绕行正方向vNB0n绕行正方向()0,0,0dbdtSBvN0n绕行正方向()0,0,0dcdtvNB0n绕行正方向()0,0,0dddt3、楞次定律(Lenzslaw)闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）.ddΦtNBSvNSBv用楞次定律判断感应电流方向II楞次定律是能量守恒定律的一种表现viI维持滑杆运动必须外加一力，此过程为外力克服安培力做功转化为焦耳热.楞次定律闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因.mF++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++B机械能焦耳热电能NBSvIvNSBI线圈动能感应电流能量磁铁动能感应电流能量RN'ooωiBne例1在匀强磁场中,置有面积为S的可绕轴转动的N匝线圈.若线圈以角速度作匀速转动.求线圈中的感应电动势.已知,,NS求解设时,0tBne与同向,则ttNBSNcosdsindNBStt令mNBSmsint则RRN'ooωiBnemsintmmsinsinitItRmmIR可见,在匀强磁场中匀速转动的线圈内的感应电电流是时间的正弦函数.这种电流称交流电.RN'ooωiBne解：例题2：无限长直导线中，共面矩形线圈。已知:求:。0sinIItabcd1l2lhiIabcd1l2lhxdxx建坐标，取面元ds2012hlhIldxx00122sinlnIlthlhmBdSmiddt00122coslnIlthlhIvvv()a()b()c()d在无限长直载流导线旁有相同大小的四个矩形线圈，分别作如图所示的运动。判断回路中是否有感应电流。0000思考