电磁感应动生和感生电动势

《电磁感应动生和感生电动势》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第十三章电磁感应电磁场引言　本章讨论“磁”生“电”。该现象由英国实验物理学家法拉第发现，并总结出电磁感应定律。1820年，奥斯特发现了电流的磁效应，从一个侧面揭示了长期以来一直认为是彼此独立的电现象和磁现象之间的联系。既然电流可以产生磁场，从自然界的对称原理出发，不少物理学家考虑：磁场是否也能产生电流?于是，许多科学家都开始对这个问题进行探索研究。法拉第(M．Faraday，179l—1867)深信磁产生电流一定会成功，并决心用实验来证实这一信念。然而，在早期的实验中，法拉第企图在导线附近放置强磁铁而使导线产生稳恒电流，或者在导线中通以强电流而使附近的导线产生稳恒电流，但都失败了。

2、从1822年到1831年，经过一个又一个的失败和挫折，法拉第终于发现，感应电流并不是与原电流本身有关，而是与原电流的变化有关。1831年，法拉第在关于电磁感应的第一篇重要论文中，总结出以下五种情况都可以产生感应电流：变化着的电流，变化着的磁场，运动着的恒定电流，运动着的磁铁，在磁场中运动着的导体。1832年法拉第发现，在相同的条件下，不同金属导体中产生的感应电流的大小与导体的电导率成正比。他由此意识到，感应电流是由与导体性质无关的感应电动势产生的：即使不形成闭合回路，这时不存在感应电流，但感应电动势却仍然有可能存在。在解释电磁感应现象的过程中，法拉第把他自己首先提出的描述静态相互作

3、用的力线图象发展到动态。他认为，当通过回路的磁力线根数(即磁通量)变化时，回路里就会产生感应电流，从而揭示出了产生感应电动势的原因。1834年，楞次(Lenz，1804—1865)通过分析实验资料总结出了判断感应电流方向的法则。1845年，诺依曼(F．E．Neumann，1798-1895)借助于安培的分析方法，从矢势的角度推出了电磁感应定律的数学形式。麦克斯韦系统总结了从库仑、高斯、安培、法拉第、诺埃曼、汤姆逊等人的电磁学说的全部成就，特别是把法拉第的力线和场的概念用数学方法加以描述、论证、推广和提升，提出了有旋电场和位移电流的假说，他指出：不但变化的磁场可以产生(有旋)电场，而

4、且变化的电场也可以产生磁场。在相对论出现之前，麦克斯韦就揭示了电场和磁场的内在联系，把电场和磁场统一为电磁场，归纳出了电磁场的基本方程——麦克斯韦方程组，建立了完整的电磁场理论体系。1862年，麦克斯韦从他建立的电磁理论出发，预言了电磁波的存在，并论证了光是一种电磁波。1888年，赫兹(H．R．Hertz，1857—1894)在实验上证实了麦克斯韦的这一预言。即使在相对论和量子力学建立之后，麦克斯韦方程组实质上还是在原来的形式下被使用着，它们正确地描写了所有的电磁现象。然而，现代物理学对麦克斯韦方程组的解释发生了变化。运用量子场论的语言，我们可以说麦克斯韦方程组描写的是称为光子的电

5、磁量子在空间的传播，而带电体之间的电磁相互作用也可以用交换光子这种方式来描述。★本章内容介绍本章主要内容：在电磁感应现象的基础上讨论电磁感应定律，以及动生电动势和感生电动势，介绍自感和互感，磁场的能量，以及麦克斯韦关于有旋电场和位移电流的假设，并简要介绍电磁场理论的基本概念。★本讲重点（1）法拉第电磁感应定律；（2）楞次定律；（3）动生电动势；★本讲难点动生电动势的计算第一节电磁感应定律一、电磁感应现象1.电流的磁效应1820年奥斯特首次由实验发现。2.电磁感应现象实验1822-1831年英国物理学家法拉第进行多次实验和研究在1831年发现电磁感应定律。（1）磁铁（或通电线圈）与线

6、圈相对运动时线圈中产生电流，图a和图b。电流计的指针发生偏转，且运动方向不同，偏转方向也不同。（2）线圈中电流变化时另一线圈中产生电流，图c。（3）闭合回路的一部分切割磁力线，回路中产生电流，图d。 动画演示1动画演示2动画演示33.总结法拉第上述两类实验归纳为：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就会出现电流。称之为电磁感应现象。所产生的电流称为感应电流。回路中的电动势称为感应电动势。二、电源电动势1.电源　　依靠非静电力将回到负极的正电荷再反抗电场力的作用移回到正极，从而维持两电极的电势差。提供非静电力的装置称为电源。2.电源电动势把单位正电荷从负极通过电源内部

7、移到正极时，非静电力所作的功，称为电源电动势，记号，即。在非静电力存在于整个回路中时的电动势表示为。三、电磁感应定律1.表述当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时，不论这种变化是什么原因引起的，回路中都会建立起感应电动势，且此感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。2.数学表达式当采用国际单位制时，比例系数为1，数学表达式为：3.注意（1）“—”号反映感应电动势的方向与磁通量变化之间的关系：即选定回路L的绕行方向，规定：与绕行方向成右手螺旋关系的磁通量为正，反之为