[高等教育]电磁感应

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时间:2019-07-17

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1、五感生电动势涡旋电场电磁感应一电动势六自感与互感电动势二楞次定律三法拉第电磁感应定律四动生电动势七磁场能量在导体内形成恒定电流必须在导体内建立一个恒定电场,保持两点间电势差不变。把从B经导线到达A的电子重新送回B,就可以维持A、B间电势差不变。完成这一过程不能依靠静电力,必须有一种提供非静电力的装置,即电源。电源不断消耗其它形式的能量克服静电力做功。1.电源的电动势内电路:电源内部正负两极之间的电路。外电路:电源外部正负两极之间的电路。内外电路形成闭合电路时,正电荷由正极流出,经外电路流入负极,又从负极经内电路流到正极,形成恒定电流,保持了电流线的闭合性。电源的电动势等于非静电力把单位正电荷

2、从负极经内电路移动到正极时所做的功,单位为伏特。电源的电动势的方向规定:非静电力对单位正电荷做正功的方向。电源迫使正电荷dq从负极经电源内部移动到正极所做的功为dA,电源的电动势为电动势非静电力仅存在于电源内部,可以用非静电场强表示。由电源电动势定义得电源外部无非静电力,则法拉第简介(MichaelFaraday,1791-1867)法拉第于1791年出生在英国伦敦附近的一个小村里,父亲是铁匠,自幼家境贫寒,无钱上学读书。13岁时到一家书店里当报童,次年转为装订学徒工。在学徒工期间,法拉第除工作外,利用书店的条件,在业余时间贪婪地阅读了许多科学著作,例如《化学对话》、《大英百科全书》的《电学

3、》条目等,这些著作开拓了他的视野,激发了他对科学的浓厚兴趣。1.生平1812年,学徒期满,法拉第打算专门从事科学研究。次年,经著名化学家戴维推荐,法拉第到皇家研究院实验室当助理研究员。这年底,作为助手和仆人,他随戴维到欧洲大陆考察漫游,结识了不少知名科学家,如安培、伏打等,这进一步扩大了他的眼界。1815年春回到伦敦后,在戴维的支持和指导下作了好多化学方面的研究工作。1821年开始担任实验室主任,一直到1865年。1824年,被推选为皇家学会会员。次年法拉第正式成为皇家学院教授。1851年,曾被一致推选为英国皇家学会会长,但被他坚决推辞掉了。1867年8月25日,他坐在书房的椅子上安祥地离开

4、了人世。遵照他的遗言,在他的墓碑上只刻了名字和生死年月。2.主要工作1821年法拉第读到了奥斯特的描述他发现电流磁效应的论文《关于磁针上的电碰撞的实验》。该文给了他很大的启发,使他开始研究电磁现象。经过十年的实验研究(中间曾因研究合金和光学玻璃等而中断过),在1831年,他终于发现了电磁感应现象。1833年,法拉第发现了电解定律,1837年发现了电解质对电容的影响,引入了电容率概念。1845年发现了磁光效应,后又发现物质可分为顺磁质和抗磁质等。1.电磁感应现象当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时(不论这种变化是由什么原因引起的),在导体回路中就有电流产生。这种现象称为电磁感

5、应现象。回路中所产生的电流称为感应电流。相应的电动势则称为感应电动势。2.法拉第电磁感应定律左手征:以B为参考方向,左手大拇指指向磁通量改变的方向,则其余四指的绕行方向为电动势的方向。通过回路所包围面积的磁通量发生变化时,回路中产生的感应电动势εi与磁通量对时间的变化率成正比.εi方向:左手征。方向BNSBNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS方向dφ>0磁通量改变的方向与B一致dφ<0磁通量改变的方向与B相反opω穿过回路的磁通量为:例:矩形框导体的一边ab可以平行滑动,长为l。整个矩形回路放在磁感强度为B、方向与其平面垂直的均匀磁场中,如图所示。若导线ab以恒定的速率v

6、向右运动,求闭合回路的感应电动势。解:当导线匀速向右移动时,穿过回路的磁通量将发生变化,回路的感应电动势为:方向:由b至a。例:如图,求正方形回路的电动势。解:电动势的方向:逆时针。②①③例:如图,求运动导线的电动势。cd解:式中Ψ=Nφ磁通链数(简称磁链)或全磁通,表示通过N匝线圈的总磁通量。若回路为N匝线圈,则设在时刻t1到t2时间内,通过闭合导体回路的磁通量由变到。那么,对上式积分,就可以求得在这段时间内通过回路导体任一截面的总电量q,这个电量称为感应电量。即:设闭合导体回路中的总电阻为R,由全电路欧姆定律得回路中的感应电流为:如果用表示等效的非静电性场强,则感应电动势可表为由于导体运

7、动而产生的感应电动势,称为动生电动势。3.动生电动势是什么力作为非静电力?ab+-导线的运动迫使其中的电荷向右移动,而电荷的运动必受洛仑兹力。部分洛仑兹力作为非静电力做功。若ε>0,b高a低。(高就高)若ε<0,a高b低。(低就高)动生电动势总的洛仑兹力对运动电荷不做功ab+部分洛仑兹力做功产生电动势ε另一部分洛仑兹力阻碍导线运动。究竟是什么力做功?⊥:总洛仑兹力对运动电荷不做功这正好等于上面求得的感应电动势

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