清华大学-大学物理课件.第20章.电磁感应.ppt

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1、第二十章电磁感应磁悬浮列车1△§20.1法拉第电磁感应定律§20.2动生电动势§20.3感生电动势和感生电场△§20.4互感§20.5自感△§20.6磁场能量*§20.7超导简介第二十章电磁感应2△§20.1法拉第电磁感应定律一.感应电动势正方向约定：正向与回路L的正绕向成右手螺旋关系。在此约定下，式中负号反映了楞次定律。NSL导体回路3串联线圈电动势：对—磁链，串连线圈总磁通动生电动势动：回路动引起感生电动势感：磁场变引起感应电动势4二.感应电流R是回路电阻在时间t1t2内穿过回路导线截面的电量：q与过程快慢无关，测q即可得。磁通计

2、原理注意：有导体，才有感应电动势，进而有感应电流，感应电流方向总和感应电动势方向一致，感应电动势更本质。5穿过整个回路L扫过的面元S的磁通为：§20.2动生电动势线元在dt内扫过的矢量面积元：LS一.动生电动势6载流子q的运动包括：动生电动势根源：磁场对随导线一起运动的载流子的洛仑兹力。随导线元的运动，速度q沿导线元的运动，速度7载流子所受的洛仑磁力：由此形成的非静电性场强为：0q根据电动势的定义可知：8一段导线中的动生电动势：特例：方向积分>0，ab—此时与回路形状无关（沿ab）abab积分<0，ba9OA【例】如图长L的金属杆OA绕O点以

3、角速度在恒定磁场中转动，磁场方向和杆垂直。求：解：l方向由AO：O点电势高，积累正电荷。10二.能量关系电功率：安培力功率：—洛仑兹力作功总和为011洛仑兹力起到了能量转换的桥梁作用。外力克服安培力作正功，机械能电能，这是发电机情形。若dP电>0（动与I一致），则dP安<0，讨论dP电+dP安=0外部电源克服动作正功，电能机械能，这是电动机情形。若dP电<0（动与I相反），则dP安>0，12§20.3感生电动势和感生电场一.感生电动势回路固定、磁场变化导致感生电动势：符号规定：的正向与L绕向成右手关系，由此定出法线正向。L固定S13

4、二.感生电场实验表明：感与导体回路的材料无关。麦克斯韦敏锐地提出：变化的磁场可激发一种新的非静电性质的场—感生电场它不依赖于导体，导体恰显示了它的存在！（正方向与L成右手关系）—感生电场环流规律14感生电场是有旋场、非保守场，不存在“势”的概念。感生电场线是与磁感应线相套联的闭合线。感生电场是产生感生电动势的根源：—感生电场通量规律（沿ab）15【例】无限长直载流螺线管的n，R，I=t是常量，求：解：对无限长直载流螺线管由无限长和轴对称条件有：nIR0rz16电流系统对任意一个垂直于轴线的反射面具有镜像对称性，是极矢量：如图，选一圆柱面S由得nI

5、R0rzS17选以L为周线、与L成右手关系的圆面S：S(1)nIR0rzL选沿的圆形回路L：(2)18rR：rE感R0SnIR0rzL19设磁场封闭在半径R的圆筒内，rE感R0方向如图，正在增强则感生电场方向如图示，感生电场大小：其它情况自己总结。总结：20▲热效应四.涡流（大块导体中的感应电流）电磁淬火：外圈热功率大，符合表面淬火要求。导体截面r“红圈”发热功率：21电磁冶炼：交流电源高频炉矿石减小涡流措施：(t)绝缘层硅钢片顶视防止产生大涡流22▲电磁效应如：无触点开关、感应触发、磁场抑制铁芯金属片接近铁芯产生涡流23▲机械效应

6、电磁阻尼：电度表的阻尼原理标记铝转盘NNS安培力（阻尼力）铝转盘涡流24涡流阻尼摆涡流阻尼管涡流加热涡流跳圈高频淬火电磁感应楞次定律【演示】【TV】25由两线圈大小、形状、圈数、相对位形和介质情况决定。△§20.4互感一.互感系数M=常数互感系数M：单位：线圈1、2不变相对位置固定介质不变无铁磁质1212i226互感电动势规定：二.互感系数的计算怎样计算M方便？右手螺旋右手螺旋哪条路方便，就选哪条路算线圈1线圈2由由【思考】27§20.5自感一.自感系数（电感）L=常数自感系数L：规定：的正向与i的正向成右手螺旋关系，保证L>0。由线圈数、形状、尺

7、寸和介质情况等因素决定，单位：H。线圈不变介质不变无铁磁质i28自感电动势L的正向与i的正向一致二.自感系数计算1.由L=/i计算：由如长直螺线管：2.由计算29三.自感特点自感线圈中电流不能突变：由楞次定律可知i的变化受到L的阻碍。自感通直流，阻交流（有感抗）。（电容器电压不能突变，通交流，阻直流）30电感中的电流不能突变1.K2断开，接通K1：D1立刻亮，D2迟些亮2.K1和K2接通后，再断开K1：（需要IL>IR）D1闪亮后熄灭【演示】RLD1D2K1K2演示电路图IRIL31—时间常数稳定ii0KKt自感线圈中i的变化规律KLR

8、iRi32可产生大L，造成线圈绝缘击穿和触点电腐蚀。减小断电时的电流变化率（di/dt