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第八章 電磁感應(yīng),下周四一起交 最后一次作業(yè) 周六下午可核對(duì)缺作業(yè)次數(shù)，盡快補(bǔ)齊缺的業(yè)！,1,1.介質(zhì)的磁效應(yīng),順磁質(zhì),抗磁質(zhì),固有磁矩,附加磁矩,在外磁場(chǎng)中：,,,,2. 有介質(zhì)時(shí)的環(huán)路定理:,,鐵磁質(zhì)的磁性：磁疇理論,2,解題一般步驟：,由I傳,,,,對(duì)稱場(chǎng)有磁介質(zhì)時(shí),只需將 “B” 中的 ?o ?? 即可。,例：無(wú)限長(zhǎng)螺線管內(nèi)的磁場(chǎng),無(wú)限長(zhǎng)螺線管內(nèi)充滿介質(zhì)時(shí)：,演示實(shí)驗(yàn):巴克豪森效應(yīng),2,2. 鐵磁質(zhì)的磁化,高斯計(jì),通電流：,高斯計(jì)：B,,b： 晶粒磁取向趨于與H同向,a：疇壁移動(dòng)，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(yīng),每個(gè)H 對(duì)應(yīng)不同的B與磁化的歷史有關(guān)。,1) 起始磁化曲線,2) 剩磁Br,飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BS,3) 矯頑力Hc,(2) 磁滯回線,(3) 在交變電流的勵(lì)磁下反復(fù)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(huì)出現(xiàn)這些現(xiàn)象？(可證明),,,4,4,當(dāng)溫度升高到足夠高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)會(huì)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(shí)，鐵磁質(zhì)完全變成了順磁質(zhì)。這個(gè)溫度就是居里點(diǎn) 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(yīng)強(qiáng)度大,適用于變壓器、繼電器、電機(jī)、以及各種高頻 電磁元件的磁芯、磁棒。,4.3. 鐵磁質(zhì)的分類,特點(diǎn)：,矯頑力(Hc)小， 磁滯回線的面積窄而長(zhǎng)， 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(jī)中的永久磁鐵，永磁揚(yáng)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(dāng)+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(jìn)制的兩個(gè)態(tài)。,7,7,穩(wěn)恒電磁場(chǎng),,,？,,生,,,生,,,,,,,,生,,電荷,運(yùn)動(dòng)電荷,磁場(chǎng),磁場(chǎng),磁,電,,,,,磁石,,電場(chǎng),靜電場(chǎng),穩(wěn)恒磁場(chǎng),,,8,8,第八章 電磁感應(yīng),第1節(jié) 法拉第電磁感應(yīng)定律,第2節(jié) 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),第3節(jié) 互感與自感,第4節(jié) 磁場(chǎng)的能量,Electromagnetic induction,第5節(jié) 麥克斯韋方程組,9,9,一、電磁感應(yīng),電磁感應(yīng)現(xiàn)象,法拉第的實(shí)驗(yàn):,,,,為獲得強(qiáng)磁場(chǎng)，電 池組用到120個(gè)電瓶,,,i,,i,,,,,,,,,i,,10,10,的共同因素:,導(dǎo)體回路中的磁通量發(fā)生變化!,導(dǎo)體回路中電流從何而來(lái)?,問(wèn):,演示,電動(dòng)勢(shì),11,11,電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),二、法拉第電磁感應(yīng)定律,法拉第電磁感應(yīng)定律,,,其中?i為回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),1. 電磁感應(yīng)定律（實(shí)驗(yàn)總結(jié)）,回路中的感應(yīng)電流:,注: 以下?B簡(jiǎn)寫為? !,12,12,1o 任一回路中：,其中B,?, S有一個(gè)量發(fā)生變化, 回路中就存在?i。,2o “–”表示感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向, ?i 和? 都是標(biāo)量， 方向只是相對(duì)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(yīng)電流總是使它激發(fā)的磁場(chǎng)去阻礙 引起閉合回路中磁通量的變化。,順時(shí)針?lè)较?逆時(shí)針?lè)较?,,3o 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可直接用楞次定律判斷.,例如:,L,L,14,14,,2. 電磁感應(yīng)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(yīng)電流：,從t1→t2時(shí)間內(nèi), 通過(guò)導(dǎo)線任一橫截面的電量：,若已知N、R、q，便可知?? =？,若將?1定標(biāo), 則?2為t2時(shí)回路的磁通量。,,,,,,全磁通,磁通計(jì) 原理,,,15,例1. 長(zhǎng)直導(dǎo)線通有電流I，在它附近放有一 矩形 導(dǎo)體回路. 求:（1）穿過(guò)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(yùn)動(dòng)，求?i=？ （4）若 I=kt, 且回路又以v向右運(yùn)動(dòng)時(shí), 求?i=？,解：,設(shè)回路繞行方向?yàn)轫槙r(shí)針,（1）,（2）I = kt 時(shí)，在t 時(shí)刻:,逆時(shí)針?lè)较?,,,r,距導(dǎo)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(shí)刻回路的磁通量,順時(shí)針?lè)较?a+vt,b+vt,10,例1. ?? 求:（3）若I=常數(shù)，回路以v向右運(yùn)動(dòng)，求?i=？ （4）若 I=kt, 且回路又以v向右運(yùn)動(dòng)時(shí), 求?i=？,解：,（4）綜合（2）（3）t 時(shí)刻回路的磁通量為,?i0, 同向,?i0, 反向,,17,4. 電源電動(dòng)勢(shì),,?,,,,+Q,?Q,,,i,提供非靜電力的裝置——電源,A——將q從負(fù)極移到正極F非做的功,則電源的電動(dòng)勢(shì)為：,從場(chǎng)的觀點(diǎn)：,引入—— 等效非靜電場(chǎng)的強(qiáng)度,電源的電動(dòng)勢(shì)：,,或,,,,對(duì)閉合回路。,18,18,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)?i 內(nèi)是什么力作功？,? 的變化方式：,導(dǎo)體回路不動(dòng)，B變化~~感生電動(dòng)勢(shì),導(dǎo)體回路運(yùn)動(dòng)，B不變~~動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),?i 為回路中載流子提供能量！,,,它們產(chǎn)生的微觀機(jī)理是不一樣的。,電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：,19,19,二-1、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),B不變，導(dǎo)體回路運(yùn)動(dòng)。,1. 產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的機(jī)制,1）等效非靜電場(chǎng)Ek,導(dǎo)線 L 在外磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，L內(nèi)自由電子受到 磁場(chǎng)力作用：,定義非靜電場(chǎng)：,方向,2）動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)定義,,?動(dòng),,20,20,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電場(chǎng):,但是：,矛盾？,?動(dòng)的出現(xiàn)是什么力作功呢？,? f洛不作功!,,3. 誰(shuí)為回路提供電能？,,2.一般情況下動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算,?,?,當(dāng),,注意：,可見(jiàn),動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)只出現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上.,21,21,電子同時(shí)參與兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)：,方向, 隨導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)；,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(fù)功,要使棒ab保持v 運(yùn)動(dòng), 則必有外力作功：,即：,,結(jié)論: 外力克服洛侖茲力的一個(gè) 分力做功,由另一分力轉(zhuǎn) 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(shí)針?lè)较?例2. 在均勻磁場(chǎng)B中,金屬桿ab沿導(dǎo)體框向右以v 運(yùn)動(dòng),如圖, ? =60o, 且dB/dt = 0,求其上的?i ?,,此電動(dòng)勢(shì)只出 現(xiàn)在ab桿上,23,23,例3. 金屬桿oa長(zhǎng)L，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中以角速度?反 時(shí)針繞o點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。 求桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,解法一:,方向:,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,解法二：,任意時(shí)刻通過(guò)扇形截面的磁通量,根據(jù)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)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(zhuǎn)動(dòng)， 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(diǎn)： （1）掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及物理意義，并會(huì)計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和判斷方向。 （2）理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)，并會(huì)計(jì)算一些簡(jiǎn)單幾何形狀的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)勢(shì)。,作業(yè)：8T1-8,26,,,27,保證了電磁現(xiàn)象中的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律的 正確, 并且也確定了電磁“永動(dòng)機(jī)”是不可能的。,正是外界克服阻力作功， 將其它形式的能量轉(zhuǎn)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(hào)對(duì)應(yīng)。,,若沒(méi)有 “–”或不是反抗將是什么情形？,N,S,,過(guò)程將自動(dòng)進(jìn)行，磁鐵動(dòng)能 增加的同時(shí)，感應(yīng)電流急劇增 加，而i↑，又導(dǎo)致?↑→ i↑… 而不須外界提供任何能量。,,不可能存在！,注,,,電磁永動(dòng)機(jī),,28,