清华大学自用 大学物理一 教学课件第十五章 电磁感应.ppt
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1、电磁感应,第 十 五 章,英国物理学家和化学家,电磁理论的创始人之一.他创造性地提出场的思想,最早引入磁场这一名称.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,及光的偏振面在磁场中的旋转.,法拉第(Michael Faraday, 1791- 1867),1820年 : 奥斯特实验:电 磁,1821 1831年:法拉第实验:磁 电,对称性,电磁感应定律的发现,不但找到了磁生电的规律,更重要的是它揭示了电和磁的联系,为电磁理论奠定了基础。并且开辟了人类使用电能的道路。成为电磁理论发展的第一个重要的里程碑。,15.1 法拉第电磁感应定律,实验一:,当条形磁铁插入或拔出线
2、圈回路时,在线圈回路中会产生电流,而当磁铁与线圈保持相对静止时,则回路中不存在电流。,实验二:,(以通电线圈代替条形磁铁。),1. 当载流主线圈相对于副线圈运动时,线圈回路内有电流产生。,2. 当载流主线圈相对于副线圈静止时,如果改变主线圈的电流,则副线圈回路中也会产生电流。,实验三:,将闭合回路置于稳恒磁场B中,当导体棒在导体轨道上滑行时,回路内出现了电流。,结论:,当穿过闭合回路的磁通量发生变化时,不管这种变化是由什么原因产生的,回路中有电流产生。这一现象称为电磁感应现象。,电磁感应现象中产生的电流称为感应电流,相应的电动势称为感应电动势。,当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时,回路中
3、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.,电磁感应定律,感应电动势的方向,与回路取向相反,( 与回路成右螺旋),符号法则规定:,(1)对回路任取一绕行方向。,(2)当回路中的磁感线方向与回路的绕行方向成右手螺旋关系时,磁通量为正 (+),反之为负(-)。,(3)回路中的感应电动势方向凡与绕行方向一致时为正(+),反之为负。,由N 匝导线构成的线圈时:,全磁通:,磁通链数:,伏特,设闭合线圈回路的电阻为R,感应电量:,感应电流:,结论:在 t1 到 t2 时间内感应电量仅与线圈回路中全磁通的变化量成正比,而与全磁通变化的快慢无关。,闭合的导线回路中所出现的感应电流,总是使它
4、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).,楞次定律,用楞次定律判断感应电流方向, ,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.,楞次定律是能量守恒定律的一种表现,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.,例 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.,解,设 时,与 同向 , 则,令,则,交流电,END,解:,例 一长直导线通以电流 ,旁边有一个共面的矩形线圈abcd。求:线圈中的感应电动势。,电动势
5、,闭合电路的总电动势,: 非静电的电场强度.,15.2 动生电动势,根据磁通量变化的不同原因,把感应电动势分为两种情况加以讨论。,动生电动势:在稳恒磁场中运动着的导体内产生的感应电动势。,感生电动势:导体不动,因磁场的变化产生的感应电动势。,注意:动生电动势和感生电动势只是一个相对的概念 。,平衡时,设一导体在均匀磁场中运动,自由电子受洛仑兹力,充当非静电性力,则,此式为动生电动势公式,也是发电机发电的最 基本公式。,例. 一矩形导体线框,宽为l,与运动导体棒构成闭合回路。如果导体棒一速度v 作匀速直线运动,求回路内的感应电动势。,解:,法一,电动势方向 A B,法二:,例 一导线矩形框的平面
6、与磁感强度为 的均匀磁场相垂直.在此矩形框上,有一质量为 长为 的可移动的细导体棒 ; 矩形框还接有一个电阻 ,其值较之导线的电阻值要大得很多.若 开始时,细导体棒以速度 沿如图所示的矩形框 运动,试求棒的速率随时 间变化的函数关系.,方向沿 轴反向,则,例. 一根长为L的铜棒,在均匀磁场B中以角速度在与磁场方向垂直的平面上作匀速转动。求棒的两端之间的感应电动势大小。,解:,动生电动势方向:a 0,法二,例 圆盘发电机 , 一半径为R1的铜薄圆盘,以角速率 ,绕通过盘心垂直的金属轴 O转动 , 轴的半径为R2,圆盘放在磁感强度为 的均匀磁场中, 的方向亦与盘面垂直. 有两个集电刷a,b分别与圆
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