《電磁場(chǎng)與麥克斯韋方程組》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《電磁場(chǎng)與麥克斯韋方程組（33頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 P.2/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 影 響 電 磁 感 應(yīng) 的 因 素 有 哪 些 ？有 什 么 規(guī) 律 ？什 么 對(duì) 它 導(dǎo) 航 ？與 其 自 身 的 結(jié) 構(gòu) 有 關(guān) 與 它 們 的 相 對(duì) 位 置 有 關(guān)鴿 子 飛 行 與 磁 場(chǎng) 有 何 關(guān) 系 ？ P.3/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 第 8章 電 磁 場(chǎng) 與 麥 克 斯 韋 方 程 組 主 要 任 務(wù) ： 研 究 電 場(chǎng) 或 磁 場(chǎng) 隨 時(shí) 間 變 化 時(shí) 激 發(fā) 場(chǎng) 磁 場(chǎng) 或 電 場(chǎng) 規(guī) 律 ， 以 及 它 們 之 間 相 互 依 賴(lài) 、 相 互 激 發(fā) 的規(guī) 律 。1820年 ： 奧 斯 特 實(shí) 驗(yàn) ：

2、電 磁1821 1831年 ： 法 拉 第 實(shí) 驗(yàn) ： 磁 電 對(duì) 稱(chēng) 性隨 時(shí) 間 變 化 的 磁 場(chǎng) 感 生 電 場(chǎng) (渦 旋 電 場(chǎng) )隨 時(shí) 間 變 化 的 電 場(chǎng) 磁 場(chǎng)對(duì) 稱(chēng) 性物 理 學(xué) 典 型 方 法 ： 實(shí) 驗(yàn) 理 論 實(shí) 驗(yàn)法 拉 第 麥 克 斯 韋 赫 茲藍(lán) 圖 (基 礎(chǔ) ) 建 設(shè) 大 廈 使 大 廈 住 滿(mǎn) 人 P.4/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 電 磁 感 應(yīng) 基 本 定 律實(shí) 驗(yàn) 一 ： 當(dāng) 條 形 磁 鐵 插 入 或 拔出 線(xiàn) 圈 回 路 時(shí) ， 在 線(xiàn) 圈回 路 中 會(huì) 產(chǎn) 生 電 流 ； 而當(dāng) 磁 鐵 與 線(xiàn) 圈 保 持 相 對(duì)靜 止 時(shí) ， 回

3、 路 中 不 存 在電 流 。 P.5/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 實(shí) 驗(yàn) 二 ： 以 通 電 線(xiàn) 圈 代 替 條 形 磁 鐵 。 1. 當(dāng) 載 流 主線(xiàn) 圈 相 對(duì) 于 副線(xiàn) 圈 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ，線(xiàn) 圈 回 路 內(nèi) 有電 流 產(chǎn) 生 。 2. 當(dāng) 載 流 主 線(xiàn) 圈 相 對(duì) 于 副 線(xiàn) 圈 靜 止 時(shí) ， 如 果 改 變主 線(xiàn) 圈 的 電 流 ， 則 副 線(xiàn) 圈 回 路 中 也 會(huì) 產(chǎn) 生 電 流 。 P.6/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 結(jié) 論 ： 電 磁 感 應(yīng) 現(xiàn) 象 (electromagnetic induction) 感 應(yīng) 電 流 (induction cu

4、rrent) 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) (induction emf) P.7/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 法 拉 第 電 磁 感 應(yīng) 定 律 : 當(dāng) 穿 過(guò) 回 路 所包 圍 面 積 的 磁 通 量 發(fā) 生 變 化 時(shí) ， 回 路中 產(chǎn) 生 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 與 穿 過(guò) 回 路 的 磁通 量 對(duì) 時(shí) 間 變 化 率 的 負(fù) 值 成 正 比 。 tdd m i 法 拉 第 (1791-1867)，英 國(guó) 物 理 學(xué) 家 、 化 學(xué)家 ， 著 名 的 自 學(xué) 成 才科 學(xué) 家 ,生 于 薩 里 郡 紐因 頓 一 個(gè) 貧 苦 鐵 匠 家庭 。 他 一 生 獻(xiàn) 身 科 學(xué)研 究 ， 成

5、果 眾 多 ，1846年 榮 獲 倫 福 德 獎(jiǎng)?wù)?和 皇 家 勛 章 。反 映 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的方 向 ， 楞 次 定 律 的數(shù) 學(xué) 表 示 P.8/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 (1) 通 量 還 是 通 量 ？ 還 是 二 者 皆 可 ？HB :m原 、 副 線(xiàn) 圈 實(shí) 驗(yàn) nIB r0nIH 原線(xiàn)圈副線(xiàn)圈鐵棒引 起 閉 合 回 路 中 產(chǎn) 生 感應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 的 是 通 過(guò) 回 路的 通 量 的 變 化 ， 而不 是 通 量 的 變 化B H(2) 式 中 負(fù) 號(hào) 含 義 , 楞 次 定 律 的 是 什 么 ？v N SNS 楞 次 定 律 的 本 質(zhì) : 能 量 守

6、 恒 P.9/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 楞 次 定 律 : 產(chǎn) 生 的 感 應(yīng)電 流 的 方 向 ， 總 是 使 感 應(yīng) 電 流 的 磁 場(chǎng) 通過(guò) 回 路 的 磁 通 量 阻 礙 原 磁 通 量 的 變 化 。楞 次 （ 1804-1865） 出 生 在 德 國(guó) 的 Dorpat。 俄 國(guó) 物 理 學(xué) 家和 地 球 物 理 學(xué) 家 ， 1845年 倡 導(dǎo) 組 織 了 俄 國(guó) 地 球 物 理 學(xué) 會(huì) 。1836年 至 1865年 任 圣 彼 得 堡 大 學(xué) 教 授 ， 兼 任 海 軍 和 師 范等 院 校 物 理 學(xué) 教 授 。 P.10/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 符

7、 號(hào) 法 則 ：2.當(dāng) 回 路 中 的 磁 感 線(xiàn) 方 向 與 回 路 的 繞 行 方 向 成 右 手螺 旋 關(guān) 系 時(shí) ， 磁 通 量 為 正 (+)， 反 之 為 負(fù) (-)。(+) (-)0 m i L 的 繞 行 方 向 0m i的 繞 行 方 向 P.11/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 0m tdd mi 0dd m t 0i 0m 0dd m t0i 0i0m 0dd m t 0m 0dd m t0i P.12/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 mm12m1m Ni Nii N稱(chēng) 為 tNt ttt iii dd)(dd )dddd(dd m2m1m 2m1m tN

8、t iii dddd m P.13/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 在 直 導(dǎo) 體 棒 勻 速 向 右 運(yùn) 動(dòng)過(guò) 程 中 ,如 果 其 外 框 是 : 閉 合 導(dǎo) 體 回 路 有 持 續(xù) 電 流 導(dǎo) 體 不 閉 合 瞬 態(tài) 電 流 ,穩(wěn) 定 無(wú) 導(dǎo) 體 無(wú) 電 流 ， 但 有 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì)(3) 感 應(yīng) 電 流 I tRRI dd1 m B 磁 通量 變 化 引 起了 感 應(yīng) 電 場(chǎng)一 定 時(shí) 間 內(nèi) 通 過(guò) 回 路 截 面 的 感 應(yīng) 電 量 : )(1d1d 1m2mm2m1m21 RRtIq tt P.14/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 導(dǎo) 線(xiàn) ab彎 成 如 圖

9、 形 狀 ， 半 徑 r=0.10m， B=0.50T,轉(zhuǎn) 速 n=3600轉(zhuǎn) /分 。 電 路 總 電 阻 為 1000。 求 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì)和 感 應(yīng) 電 流 以 及 最 大 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 和 最 大 感 應(yīng) 電 流 。1-s 120602 n cosBSSB trB cos2 2 trBti sin2dd 2 V96.2m itRrBRI ii sin2 2 mA96.2m iI r B P.15/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 tIi sin0 1 d2d 20lrrS xlxiSB r lrtlI 1200 lnsin2 ti dd r lrtlI 1200 lnc

10、os2 1l 2lr為 逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 向時(shí) ，當(dāng) 0 0cos20 i tt 為 順 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 向時(shí) ，當(dāng) 0 0cos2 i tt P.16/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 動(dòng) 生 電 動(dòng) 勢(shì) 不 同 慣 性 系 中 的 變 換 很 難 概 括 為 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 公 式 ， 分兩 種 情 況 處 理 。引 起 m變 化 的 原 因 ? 與 參 考 系 選 擇 有 關(guān) 嗎 ？B 變 變S 變 感 生 電 動(dòng) 勢(shì)導(dǎo) 體 轉(zhuǎn) 動(dòng)導(dǎo) 體 平 動(dòng) 動(dòng) 生 電 動(dòng) 勢(shì) S Sm SBSB dcosd 對(duì) 線(xiàn) 圈 參 考 系 ： 變 化B對(duì) 磁 鐵 參 考 系 ： 不 變 ， 線(xiàn) 圈 運(yùn) 動(dòng)

11、BvNS P.17/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 (motional electromotive force)平 衡 時(shí) vBlU em ff lUqqEBq vcd 電 源 ， 反 抗 做 功 ， 將 +q由 負(fù) 極 正 極 ， 維 持U的 非 靜 電 力 洛 侖 茲 力 mfef產(chǎn) 生 的 非 靜 電 力 是 什 么 ？動(dòng)l dc vB efmfU B P.18/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 -Ii產(chǎn) 生 的 非 靜 電 力動(dòng) BqfF m vK BqfE m vK非 靜 電 場(chǎng) 強(qiáng) （ 經(jīng) 內(nèi) 電 路 ）動(dòng) lE dK （ 經(jīng) 內(nèi) 電 路 ） lB d)(v由 電 動(dòng)

12、 勢(shì) 定 義 ： lBlB baL d)(d)( vv動(dòng)或 ： P.19/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 bai lB d)(v tNti dddd P.20/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 bai lB d)(v l lB0 dvBlv l -O xti dd Blx txBlti dddd Bl i v P.21/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 ： L OA， O ， 動(dòng) 。B B解 一 ： 取 線(xiàn) 元 ldlv)( Bv 與 同 向ld llB lBlBd dd)(d vv 221dd LBllBLo )( , )( OA LAo B ld lv Bv P.22/

13、64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 解 二 ： 22m 21dd21dd BLtBLt 構(gòu) 成 扇 形 閉 合 回 路 AOCA2m 21 LBBS AOCA L A B o C由 楞 次 定 律 )( )( OA P.23/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 線(xiàn) 圈 在 磁 場(chǎng) 中 旋 轉(zhuǎn) 線(xiàn) 圈 切 割 磁 感 線(xiàn) 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電動(dòng) 勢(shì) 產(chǎn) 生 感 應(yīng) 電 流 。 (alternator) S SBtNt ddddd mi sin)cos(dd NBSBStN sinm P.24/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 感 生 電 動(dòng) 勢(shì) 感 生 電 場(chǎng)1. 導(dǎo) 體 回 路 不

14、 動(dòng) ， 由 于 磁 場(chǎng) 變 化產(chǎn) 生 的 感 應(yīng) 電 動(dòng) 勢(shì) 叫 感 生 電 動(dòng) 勢(shì)(induced electromotive force)。 StBNSBNtt SSi dddddd 2. 產(chǎn) 生 感 生 電 動(dòng) 勢(shì) 的 非 靜 電 力 ？： 是 不 是 洛 侖 茲 力 ？ 0 ,0 Bqf vv 不 是 洛 侖 茲 力只 可 能 是 一 種 新 型 的 電 場(chǎng) 力 P.25/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 1861年 麥 克 斯 韋 假 設(shè) :感 生 電 動(dòng) 勢(shì) ： Li lE d感電 磁 場(chǎng) 的 基 本 方 程 之 一 ： StBlE SLi dd 感 (induced el

15、ectric field)結(jié) 論 ： (1) 變 化 的 磁 場(chǎng) 能 夠 激 發(fā) 電 場(chǎng) 。 (2) 感 生 電 場(chǎng) 為 渦 旋 場(chǎng) ， 又 稱(chēng) “ 渦 旋 電 場(chǎng) ” 。 (eddy electric field) t B 感E“-”的 含 義 P.26/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 起源性質(zhì)特點(diǎn)對(duì)場(chǎng)中電荷的作用聯(lián)系靜電場(chǎng)感生電場(chǎng)靜止電荷變化磁場(chǎng) 內(nèi)靜 qSES 01d 0d L lE 靜有源、保守場(chǎng)0d S SE 感 lEL d感 StBS d 無(wú)源、非保守(渦旋)場(chǎng)不能脫離電荷存在可以脫離“”在空間傳播 靜靜 EqF 感感 EqF 作為產(chǎn)生 的非靜電力，可以引起不閉合導(dǎo)體中產(chǎn)生

16、電荷堆積，從而建立起靜電場(chǎng) 。感F 感 P.27/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 1. 定 義 求 解 ： Li lE d感 Li lE d感 Si SBtt ddddd P.28/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 tBdd選 擇 一 回 路 L, 逆 時(shí) 針 繞 行 StBlE SL dddd 感 StBrE S ddd2 感 tBrErtBrERr dd2dd2 2 感感， tBrRERtBrERr dd2dd2 22 感感， L感E 感E感E P.29/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 tB 314sin100.5 3 Br 2 t314sin1051.0 32 tt

17、i 314cos05.0dd rElE Li 2d kk trE i 314cos08.02k P.30/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 原 理 ： 在 電 磁 鐵 的 兩 極 之間 安 置 一 個(gè) 環(huán) 形 真 空 室 ， 當(dāng)用 交 變 電 流 勵(lì) 磁 電 磁 鐵 時(shí) ，在 環(huán) 形 室 內(nèi) 除 了 有 磁 場(chǎng) 外 ，還 會(huì) 感 生 出 很 強(qiáng) 的 、 同 心 環(huán)狀 的 渦 旋 電 場(chǎng) 。 用 電 子 槍 將電 子 注 入 環(huán) 形 室 ， 電 子 在 洛倫 茲 力 的 作 用 下 ， 沿 圓 形 軌道 運(yùn) 動(dòng) ， 在 渦 旋 電 場(chǎng) 的 作 用下 被 加 速 。 實(shí) 驗(yàn) 模 擬 電 子

18、感 應(yīng) 加 速 器 (induction electron accelerator)是 利 用 渦旋 電 場(chǎng) 加 速 電 子 以 獲 得 高 能 粒 子 的 一 種 裝 置 。 P.31/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 (eddy current) tBdd 1. 渦 電 流 的 熱 效 應(yīng) (heat effect) 電 磁 灶 P.32/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 2. 渦 電 流 的 機(jī) 械 效 應(yīng) (machine effect) 磁 阻 尼 擺梳 狀 導(dǎo) 體 復(fù) 擺 導(dǎo) 體 復(fù) 擺 P.33/64 電 磁 感 應(yīng) 2021-6-6 渦 電 流 的 機(jī) 械 效 應(yīng) 感 應(yīng) 式 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 圓 鋁 盤(pán) 支 在 可 自 由 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 豎 軸 上 ， 鋁 盤(pán) 雖 緊 靠 磁 鐵 的 兩 極 但 并未 接 觸 ， 當(dāng) 搖 動(dòng) 手 柄 使 磁 鐵 旋 轉(zhuǎn) 相 對(duì) 鋁 盤(pán) 運(yùn) 動(dòng) 時(shí) ， 鋁 盤(pán) 中 產(chǎn) 生 的渦 流 將 阻 礙 其 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) ， 鋁 盤(pán) 便 跟 隨 磁 鐵 轉(zhuǎn) 動(dòng) 起 來(lái) ， 這 就 是 電 磁驅(qū) 動(dòng) 。 根 據(jù) 電 磁 感 應(yīng) 定 律 的 定 量 分 析 ， 可 知 兩 者 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 并 不 是 同步 而 是 異 步 的 。 感 應(yīng) 式 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 就 利 用 了 這 一 基 本 原 理 。