大學物理上電磁感應ppt課件
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第八章 電磁感應,下周四一起交 最后一次作業(yè) 周六下午可核對缺作業(yè)次數(shù),盡快補齊缺的業(yè)!,1,1.介質的磁效應,順磁質,抗磁質,固有磁矩,附加磁矩,在外磁場中:,,,,2. 有介質時的環(huán)路定理:,,鐵磁質的磁性:磁疇理論,2,解題一般步驟:,由I傳,,,,對稱場有磁介質時,只需將 “B” 中的 ?o ?? 即可。,例:無限長螺線管內(nèi)的磁場,無限長螺線管內(nèi)充滿介質時:,演示實驗:巴克豪森效應,2,2. 鐵磁質的磁化,高斯計,通電流:,高斯計:B,,b: 晶粒磁取向趨于與H同向,a:疇壁移動,與H同向的磁疇增大(可逆),3,,B的變化落后于H,從而具有剩磁——磁滯效應,每個H 對應不同的B與磁化的歷史有關。,1) 起始磁化曲線,2) 剩磁Br,飽和磁感應強度BS,3) 矯頑力Hc,(2) 磁滯回線,(3) 在交變電流的勵磁下反復磁化使其溫度升高 ——磁滯損耗,,磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。,為什么會出現(xiàn)這些現(xiàn)象?(可證明),,,4,4,當溫度升高到足夠高時,熱運動會瓦解磁疇內(nèi)磁矩的規(guī)則排列。在臨界溫度(相變溫度Tc )時,鐵磁質完全變成了順磁質。這個溫度就是居里點 Tc (Curie Point),如:鐵為 1040K,鈷為 1390K, 鎳為 630K,5,5,(1) 軟磁材料:,?r大,(起始磁化率大)飽和磁感應強度大,適用于變壓器、繼電器、電機、以及各種高頻 電磁元件的磁芯、磁棒。,4.3. 鐵磁質的分類,特點:,矯頑力(Hc)小, 磁滯回線的面積窄而長, 損耗?。℉dB面積?。?。,易磁化、易退磁,純鐵,坡莫合金(Fe,Ni), 硅鋼, 鐵氧體等。,,如,(2) 硬磁材料:,鎢鋼,碳鋼,鋁鎳鈷合金,矯頑力(Hc)大,剩磁Br大 磁滯回線的面積大,損耗大。,適用于做永磁鐵。 耳機中的永久磁鐵,永磁揚聲器。,6,6,(3) 矩磁材料,Br=BS ,Hc不大, 磁滯回線是矩形。用于記憶元件,,錳鎂鐵氧體,鋰錳鐵氧體,當+脈沖產(chǎn)生HHc,使磁芯呈+B態(tài), 則–脈沖產(chǎn)生H – Hc 使磁芯呈– B態(tài), 可做為二進制的兩個態(tài)。,7,7,穩(wěn)恒電磁場,,,?,,生,,,生,,,,,,,,生,,電荷,運動電荷,磁場,磁場,磁,電,,,,,磁石,,電場,靜電場,穩(wěn)恒磁場,,,8,8,第八章 電磁感應,第1節(jié) 法拉第電磁感應定律,第2節(jié) 感應電動勢,第3節(jié) 互感與自感,第4節(jié) 磁場的能量,Electromagnetic induction,第5節(jié) 麥克斯韋方程組,9,9,一、電磁感應,電磁感應現(xiàn)象,法拉第的實驗:,,,,為獲得強磁場,電 池組用到120個電瓶,,,i,,i,,,,,,,,,i,,10,10,的共同因素:,導體回路中的磁通量發(fā)生變化!,導體回路中電流從何而來?,問:,演示,電動勢,11,11,電磁感應的實質是產(chǎn)生感應電動勢,二、法拉第電磁感應定律,法拉第電磁感應定律,,,其中?i為回路中的感應電動勢,1. 電磁感應定律(實驗總結),回路中的感應電流:,注: 以下?B簡寫為? !,12,12,1o 任一回路中:,其中B,?, S有一個量發(fā)生變化, 回路中就存在?i。,2o “–”表示感應電動勢的方向, ?i 和? 都是標量, 方向只是相對規(guī)定的回路繞行方向而言。例如:,,,?i與假定方向相反,若?↑,,若?↓,,?i與假定方向同向,則?i 0,,,,則?i 0,L,L,13,13,楞次定律:,閉合回路中,感應電流總是使它激發(fā)的磁場去阻礙 引起閉合回路中磁通量的變化。,順時針方向,逆時針方向,,,3o 感應電動勢的方向可直接用楞次定律判斷.,例如:,L,L,14,14,,2. 電磁感應定律的一般形式,若回路由N匝線圈組成:,若 ?1= ?2= · · ·= ?N=? ,則,其中? =?1+?2+···+?N 回路的總磁通匝鏈數(shù),回路中的感應電流:,從t1→t2時間內(nèi), 通過導線任一橫截面的電量:,若已知N、R、q,便可知?? =?,若將?1定標, 則?2為t2時回路的磁通量。,,,,,,全磁通,磁通計 原理,,,15,例1. 長直導線通有電流I,在它附近放有一 矩形 導體回路. 求:(1)穿過回路中的? ; (2)若I=kt (k=常數(shù))回路中?i=? (3)若I=常數(shù),回路以v向右運動,求?i=? (4)若 I=kt, 且回路又以v向右運動時, 求?i=?,解:,設回路繞行方向為順時針,(1),(2)I = kt 時,在t 時刻:,逆時針方向,,,,r,距導線r處取一窄條dr,窄條面上的磁通為:,Bldr,則:,9,16,(3)任意t 時刻回路的磁通量,順時針方向,a+vt,b+vt,10,例1. ?? 求:(3)若I=常數(shù),回路以v向右運動,求?i=? (4)若 I=kt, 且回路又以v向右運動時, 求?i=?,解:,(4)綜合(2)(3)t 時刻回路的磁通量為,?i0, 同向,?i0, 反向,,17,4. 電源電動勢,,?,,,,+Q,?Q,,,i,提供非靜電力的裝置——電源,A——將q從負極移到正極F非做的功,則電源的電動勢為:,從場的觀點:,引入—— 等效非靜電場的強度,電源的電動勢:,,或,,,,對閉合回路。,18,18,感應電動勢?i 內(nèi)是什么力作功?,? 的變化方式:,導體回路不動,B變化~~感生電動勢,導體回路運動,B不變~~動生電動勢,?i 為回路中載流子提供能量!,,,它們產(chǎn)生的微觀機理是不一樣的。,電磁感應的實質是產(chǎn)生感應電動勢:,19,19,二-1、動生電動勢,B不變,導體回路運動。,1. 產(chǎn)生動生電動勢的機制,1)等效非靜電場Ek,導線 L 在外磁場中運動時,L內(nèi)自由電子受到 磁場力作用:,定義非靜電場:,方向,2)動生電動勢定義,,?動,,20,20,動生電動勢的非靜電場:,但是:,矛盾?,?動的出現(xiàn)是什么力作功呢?,? f洛不作功!,,3. 誰為回路提供電能?,,2.一般情況下動生電動勢的計算,?,?,當,,注意:,可見,動生電動勢只出現(xiàn)在運動的導體上.,21,21,電子同時參與兩個方向的運動:,方向, 隨導體運動;,方向, 電子漂移形成電流。,總洛侖茲力:,b,,,,,f1,f2,u,V,F,,,總洛侖茲力不作功,即:,顯然:,f1作正功,即非靜電力Ek作功。,f2作負功,要使棒ab保持v 運動, 則必有外力作功:,即:,,結論: 外力克服洛侖茲力的一個 分力做功,由另一分力轉 化為回路中的電能,22,22,解法一:由定義,方向:,解法二: 用法拉第定律,順時針方向,例2. 在均勻磁場B中,金屬桿ab沿導體框向右以v 運動,如圖, ? =60o, 且dB/dt = 0,求其上的?i ?,,此電動勢只出 現(xiàn)在ab桿上,23,23,例3. 金屬桿oa長L,在勻強磁場B中以角速度?反 時針繞o點轉動。 求桿中感應電動勢。,解法一:,方向:,根據(jù)法拉第電磁感應定律,解法二:,任意時刻通過扇形截面的磁通量,根據(jù)動生電動勢定義 取微分元,o,,,,,,,,a,a?,,,,,24,24,舉一反三:,(1)半徑為R 的金屬圓盤以?轉動, 求中心與邊沿的,(2)以下各種情況中,,(a),(b),(c),(d),,,25,25,本節(jié)重點: (1)掌握法拉第電磁感應定律及物理意義,并會計算感應電動勢和判斷方向。 (2)理解動生電動勢,并會計算一些簡單幾何形狀的導體在磁場中運動的電動勢。,作業(yè):8T1-8,26,,,27,保證了電磁現(xiàn)象中的能量守恒與轉換定律的 正確, 并且也確定了電磁“永動機”是不可能的。,正是外界克服阻力作功, 將其它形式的能量轉換成 回路中的電能。,N,S,楞次定律中“反抗”與法拉第定律中“–”號對應。,,若沒有 “–”或不是反抗將是什么情形?,N,S,,過程將自動進行,磁鐵動能 增加的同時,感應電流急劇增 加,而i↑,又導致?↑→ i↑… 而不須外界提供任何能量。,,不可能存在!,注,,,電磁永動機,,28,- 配套講稿:
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