11CH16电磁感应和电磁波

nullnull第16章 —— 电磁感应和电磁波*第16章 电磁感应和电磁波电磁感应定律/动生/感生电动势 ( 掌握 ) 互感 和 自感 磁场能量 ( 掌握 ) 16.1--16.316.4—16.6重 难 点 ?16.7—16.8麦克斯韦方程组 电磁波 ( 自学了解 )null第16章 —— 电磁感应和电磁波*null第16章 —— 电磁感应和电磁波*电磁感应定律 法拉第（Michael Faraday, 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.null第16章 —— 电磁感应和电磁波*1820年 奥斯特实验电磁法拉第的发现电磁感应现象及定律null第16章 —— 电磁感应和电磁波*16.1 法拉第电磁感应定律 当穿过回路所围曲面的磁通量 发生变化，回路中产生感应电流. B 变, 回路形状或方位变, 都会 产生感应电动势.一、电磁感应现象 电动势直接产生的是 感应电动势.null第16章 —— 电磁感应和电磁波*二、法拉第定律 当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，回路中的电动势等于磁通量随时间的变化率反号。即：多匝导体线圈的感应电动势：感应电流：只有感应电流时流过导线的电荷的电量null第16章 —— 电磁感应和电磁波*例：直导线通交流电 置于磁导率为 的介质中 求：与其共面的N匝矩形回路中的感应电动势解：设当I  0时，电流方向如图其中 I0 和 是大于零的常数设回路L方向如图，建坐标系如图在任意坐标处取一面元null第16章 —— 电磁感应和电磁波*null第16章 —— 电磁感应和电磁波*三、楞次定律 感应电动势有确定的方向，即使它产生的感应电流在回路中所产生的磁场总是去阻碍引起感应电动势的磁通量的变化。 楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的体现。 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.效果 阻碍 原因---判断感应电流方向null第16章 —— 电磁感应和电磁波*小结判断感应电流方向步骤 ?2 磁通量如何求?null第16章 —— 电磁感应和电磁波*电磁感应现象及应用null第16章 —— 电磁感应和电磁波*睡眠对维持人体机能正常运转至关重要null第16章 —— 电磁感应和电磁波*美国国防部高级研究计划署（DARPA）目前正在资助一项关于头部磁刺激（transcranial magnetic stimulation），简称“TMS”的技术“TMS”技术初创于1985年，当年英国的医学物理学家巴科尔和他的同事制造了一种电磁设备，它能在动物脊髓中引起电流。null第16章 —— 电磁感应和电磁波*潜在重大应用价值“TMS”可用于诊断和治疗由神经系统功能损伤引起的大脑失常行为，甚至提高大脑能力治疗抑郁症、精神分裂症、帕金森氏病、肌张力障碍、耳聋、慢性疼痛以及癫痫等null第16章 —— 电磁感应和电磁波*价格在3万―4万美元的“TMS”仪器英国威尔士惠特兰市的磁激有限公司美国宾夕法尼亚州马尔文市的神经学公司可携带的“TMS”仪已问世一种安装在头盔里的抗疲劳“TMS”装置 正在研制中。 y研究现状null第16章 —— 电磁感应和电磁波*目前“TMS”仪器只能激活大脑的层皮质，离开线圈一定距离后磁场强度会急剧下降。能安全穿过并激活大脑中央区域的磁场仍然是“TMS”研究的梦想，因为这提供了治疗如帕金森氏病等顽固疾病的可能。存在的问null第16章 —— 电磁感应和电磁波*16.2—16.3 动生电动势和感生电动势引起磁通量变化的原因 1）稳恒磁场中的导体运动 ,或者回路面积变化、取向变化等 动生电动势 电动势null第16章 —— 电磁感应和电磁波*动生电动势和感生电动势一、动生电动势非静电电场强度动生电动势方向如图null第16章 —— 电磁感应和电磁波*动生电动势的方向判定：null第16章 —— 电磁感应和电磁波*关于手的故事null第16章 —— 电磁感应和电磁波*动生电动势的一般公式1 一段导体在运动2 整个导体回路L在运动null第16章 —— 电磁感应和电磁波*求动生电动势的一般步骤：（1）规定一积分路线的方向，即方向。（2）任取线元，考察该处方向以及的正负（3）利用计算电动势说明电动势的方向与积分路线方向相同说明电动势的方向与积分路线方向相反null第16章 —— 电磁感应和电磁波*动生电动势和感生电动势解（点 P 的电势高于点 O 的电势）null第16章 —— 电磁感应和电磁波*动生电动势和感生电动势null第16章 —— 电磁感应和电磁波*动生电动势和感生电动势null第16章 —— 电磁感应和电磁波*回路静止，回路包围的磁场变化时，在回路中产生的感应电动势叫做感生电动势。二、感生电动势null第16章 —— 电磁感应和电磁波*1.均匀磁场中有一接有电容器的导线回路，如图所示。 已知电容C = 30μF， 磁场以 的速率增强，电容器的带电量为null第16章 —— 电磁感应和电磁波*感生电动势的电荷定向运动原因： 是电场力作用的结果，但非静电场——感生电场非静电力场来源 ?null第16章 —— 电磁感应和电磁波*麦克斯韦提出感生电场概念：当空间中的磁场 发生变化时，就在周围空间激起感生电场 ， 在导体中产生感生电动势，并形成感生电流。null第16章 —— 电磁感应和电磁波* 产生感生电动势的非静电场 : 感生电场左旋系统null第16章 —— 电磁感应和电磁波* 静电场由电荷产生；感生电场是由变化的磁场产生 .(涡旋电场)null第16章 —— 电磁感应和电磁波*电子感应加速器null第16章 —— 电磁感应和电磁波*动生电动势和感生电动势感生电场的计算步骤:(a)过考察点作一回路,规定其绕行方向.(b)用右手螺旋法则定出回路所围面的 法线方向,即的方向计算出感生电场的方向与回路的绕行方向一致感生电场的方向与回路的绕行方向相反（c）计算磁通量及随时间的变化（d）计算环路积分，利用null第16章 —— 电磁感应和电磁波*例 如图中，线段ab内的感生电动势 解：补上两个半径oa和bo 与ab构成回路obao因为所以有：动生电动势和感生电动势null第16章 —— 电磁感应和电磁波*2.在圆柱形空间内有一均匀磁场区，如图所示，在磁场内外各放有一长度相同的金属棒（在图中位置1、2处），当磁场B的大小以速率 均匀变化时，下列说法正确的是（ ）12A. 1处的棒相对磁场静止，故B. 1处的棒处在变化的磁场中，故C. 2处的棒处在磁场以外的空间，故D. 2处的棒虽处在B＝0的空间，但null第16章 —— 电磁感应和电磁波*总结动生电动势的方向动生电动势的计算null第16章 —— 电磁感应和电磁波*三 涡电流 感应电流不仅能在导电回 路内出现， 而且当大块导体与磁场有相对运动或处在变化的磁场中时，在这块导体中也会激起感应电流.这种在大块导体内流动的感应电流,叫做涡电流 , 简称涡流. 应用： 热效应、电磁阻尼效应.(录象)动生电动势和感生电动势null*作 业: 1《大学物理》作业 No.8 电磁感应 选择题： 1、2 2 教材 P166 习 题 16.1 16.3 16.4 null第16章 —— 电磁感应和电磁波*一个线圈中的电流发生变化时，在它自身或它附近的其他线圈中产生了感应电流。16.4—16.6 互感和自感 磁场能量 null第16章 —— 电磁感应和电磁波*设线圈1通电流                 通过线圈2的磁通   互感系数(mutual inductance)  　　　　　    比例系数 称作线圈1对线圈2的互感系数。 若线圈2通电流 ，同样有， 　　　　　　    　　　　线圈1线圈2一、互感1.互感系数定义null第16章 —— 电磁感应和电磁波*互感系数决定于线圈的形状、尺寸、匝数、线圈间的相对位置以及周围磁介质的分布情况，和线圈是否通电流无关。 对于一对固定的线圈，其互感系数是常数。 可以：对给定的一对线圈(或导体回路)有 　　　　　　 M称作两线圈的互感系数，简称互感(mutual induction)。 2.互感系数性质单位：亨（利） H例16.8null第16章 —— 电磁感应和电磁波*null第16章 —— 电磁感应和电磁波*3、互感电动势的表达式null第16章 —— 电磁感应和电磁波*4、互感系数的计算1.2.null第16章 —— 电磁感应和电磁波*例 在一个无限长直线旁边有一个矩形线圈，几何尺寸和相对位置如图所示。试求互感系数。解：设长直导线载流i1，则有：矩形线圈中的磁通量为b求互感系数M步骤?null第16章 —— 电磁感应和电磁波*计算步骤：习题16.13null第16章 —— 电磁感应和电磁波*例16.5求螺线管与圆环的互感系数通过圆环的全磁通设null第16章 —— 电磁感应和电磁波*几种特殊导体回路的磁场（真空中）无限长直导线的磁场载流长直螺线管内的磁场螺绕环周围的磁场圆电流中心处磁场（内）（外）null第16章 —— 电磁感应和电磁波*总结互感 互感概念互感系数1.互感系数定义2.互感系数性质互感电动势的表达式互感系数的计算线圈1线圈2null第16章 —— 电磁感应和电磁波* 由于线圈中电流的变化而在线圈自身产生感应电动势的现象叫做自感现象，相应的电动势叫做自感电动势。二、自感null第16章 —— 电磁感应和电磁波*1.自感系数的定义无铁芯的线圈设：通电流为 ，则写作 ：自感系数：即上式中的比例系数，简称自感。 L 的单位： 亨利(H)B IlSN匝null第16章 —— 电磁感应和电磁波*2.自感系数的性质L 决定于线圈的形状、尺寸、匝数和磁介质的分布情况，与线圈是否通电流无关。 L 数值上等于线圈中通单位电流时产生的磁链(全磁通)，因此 L 反映线圈产生磁通的能力null第16章 —— 电磁感应和电磁波*方向：3、自感电动势的表达式及方向的判定：L反映了回路反抗电流变化的能力null第16章 —— 电磁感应和电磁波*4、自感系数的计算单位电流的变化对应的感应电动势 设null第16章 —— 电磁感应和电磁波*例16.6 计算一个螺绕环的自感设2.3.4.（环中有磁介质）1.（长直螺线管同样适用）习题16.14null第16章 —— 电磁感应和电磁波*例16.7求电缆的单位长度的自感系数 (2)根据安培环路定理设(3)(4)（N = 1 ）单位长电缆的自感 null第16章 —— 电磁感应和电磁波*5、自感现象的应用与危害 自感现象在电工电子技术中有着广泛的应用，电感器件是电子振荡电路中不可缺少的元件。自感现象的危害：由于自感的存在，许多大电感性负载不能直接通过开关切断电源，否则就会出现火灾事故。 null第16章 —— 电磁感应和电磁波*自感总结自感现象：由于线圈中电流的变化而在线圈自身产生 感应电动势的现象叫做自感现象自感系数：2.自感系数的性质： L 决定于线圈的形状、尺寸、匝数和磁自感电动势：自感系数的计算：设介质的分布情况，与线圈是否通电流无关1.自感系数的定义：null第16章 —— 电磁感应和电磁波*i三、磁场的能量能量来源于线圈中磁场储存的能量，叫做磁能null第16章 —— 电磁感应和电磁波*1、自感磁能自感电动势所做的功自感磁能null第16章 —— 电磁感应和电磁波*2、磁场能量密度以螺绕环为例管内磁场磁场能量密度null第16章 —— 电磁感应和电磁波*3、磁场能量的计算自感磁能磁场能量密度磁场的能量    (积分遍 及全部有磁场的空间) null第16章 —— 电磁感应和电磁波*例16.8求两个相互邻近的电流回路的磁场能量。 （证明： ） 1.思路分析2.具体计算（1）（2）null第16章 —— 电磁感应和电磁波*（3）求求 反抗互感电动势所作的功：null第16章 —— 电磁感应和电磁波*（4）null第16章 —— 电磁感应和电磁波*磁场的能量总结自感磁能互感磁能磁场能量密度磁场的能量    (积分遍 及全部有磁场的空间) 磁场的能量null*作 业: 1《大学物理》作业 No.8 电磁感应 选择题： 4 填空题： 4 计算题： 4 P167 习题 16.13 16.14 16.20 null*练 习: 一根长直导线，其 ，载有电流 I ， 已知电流均匀分布在导线的横截面上。试证:单位 长度导线内所储存的磁能为 《大学物理》作业 No.8 电磁感应 选择题： 5、6 填空题： 1、2、3null*null*null*null*null*null*null*null*null*null*null第16章 —— 电磁感应和电磁波*null第16章 —— 电磁感应和电磁波*