电磁感应原理与磁路分析58页PPT

B Ek dl (v B) dl

(2) 只有一段导体在磁场中运 动，没有闭合回路
× ×
×B
++
× (3) 若 v // B ，则 v B 0 i 0 （导体没有切割磁力线） ×
此时AB是一开路电源
× × ×A
fe eE
dΦ 1. i只与 成正比，而不是与Φ或dΦ成正比。 dt 2 .设回路中电阻为R，则
1 dΦ Ii R R dt 1 dq dΦ dq R Ii dt 设在t1和 t2 时刻，通过回路的磁通量分别为1和 2， 则在t1 t2时间内，通过回路任一截面的感应电量为：

B
i的指向是从B到A，即A点的电势比B点的高。
例17.4 在磁感应强度为B的均匀磁场中一根长为L 的导体棒OA在垂直于磁场的平面上以角速度 绕固 定轴O旋转，求导体棒上的动生电动势。 × × × 解：磁场均匀但导体棒上各处v不 × v A 相同。在距O端为l 处取一线元dl， × × l× × A dl i (v B) dl （dl 方向为O A） O
i 0
0
d 0 dt
感应电动势的方向与绕行方向相同
n
i
B
S N
i 0
d 0 dt
感应电动势的方向与绕行方向相同
n
i
B
S N
0 i 0
d 0 dt
感应电动势的方向与绕行方向相反
2. 用楞次定律判断感应电流方向
B
B
I
S
v
S
I
N
N
说 明
动生电动势方向：A O O端电势高

的磁场在其周围空间激发一种电场提供的。这
种电场叫感生电场（涡旋电场）
感生电场 E i
感生电场力 qEi
感生电场为非静 电性场强，故：
e E i dld dm t
Maxwell：磁场变化时，不仅在导体回路中 ，而且在其周围空间任一点激发电场，感生 电场沿任何闭合回路的线积分都满足下述关 系：
E id l d d m t d ds B td S d B t d S
线
形
状
电力线为闭合曲线
E感
dB 0 dt
电 场 的
为保守场作功与路径无关
Edl 0
为e非i 保守E 场感作d功l与路径dd有mt关
性
静电场为有源场
质
EdS
e0
q
感生电场为无源场
E感dS0
➢感生电动势的计算
方法一，由 eLE感dl
需先算E感
方法二， 由 e d
di
(有时需设计一个闭合回路)
2.感生电场的计算
Ei
dl
dm dt
L
当 E具i 有某种对称
性才有可能计算出来
例：空间均匀的磁场被限制在圆柱体内，磁感
强度方向平行柱轴，如长直螺线管内部的场。
磁场随时间变化，且设dB/dt=C >0，求圆柱
内外的感生电场。
则感生电场具有柱对称分布
Bt
此 E i 特点：同心圆环上各点大小相同，方向
磁通量 的变化
感应电流的 磁场方向
感应电流 的方向
电动势 的方向
➢ 楞次定律的另一种表述：
“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”
“原因”即磁通变化的原因，“效果”即感应电流的 场

四、结论
穿过闭合回路的磁通量发 生变化，闭合回路中就会产 生感应电流。
谢谢！
有磁就有电吗？ 什么方法可以磁生电
切割磁感线
§3.1 电磁感应现象
一、电磁感应：由磁场产生电流 的现象。
法拉第： 伟大的英国物理学家
、 化学家、发明家。
二、实验探究：感应电流的产生 条件
实验一：
闭合回路：电流表、螺线管 、导线 磁源：条形磁铁
实验二：
闭合回路：电流表、螺线管、导线 磁源：电源、螺线管、开关、滑动变阻器、导线
Hale Waihona Puke 记录：进行了什么操作，观 察到什么现象
切割过程中什么发生了变化呢？
三、磁通量
设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁 感应强度为B，平面的面积为S，我们把磁感应强度B与面 积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量。
Φ=BS
单位：韦伯 Wb
磁场和面垂直
磁场和面平行
磁场和面成任意角
磁通量可以形象地理解为“穿过 磁场中某一面积的磁感线条数”

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n 求每段磁通密度B： B1=Ф/S1=3×10-3/2.25×10-3=1.33(T)
B2=Ф/S2=3×10-3/5×10-3=0.6(T)
B0≈B1=1.33(T)
n 根据B的值查基本磁化曲线得： H1=1.6×103A/m，
H2=0.3×103A/m， H0=1.06×106A/m。 n 根据磁路的基尔霍夫磁位差定律求得电流：
21
图5.9 磁阻图形识别电路
22
5.2 磁路的基本定律
n 5.2.1 磁导率(μ)与磁阻(Rm)
n 在给定材料中建立磁场的容易程度是用材料的磁 导率(μ)来度量的。磁导率越高则磁场越容易建立
材料的磁导率取决于材料的类型。真空的磁导率
μ0=4×10-7H/m (亨利/米) ，常常常作为其他材
料的参照。铁磁性材料典型的磁导率是真空磁导
5
图5.2 几种常见电气设备的磁路 (a)变压器；(b)电磁铁；(c)磁电式电表；
(d)直流电机
6
5.1.2 磁通 (Φ)
n 自磁体北极 (N) 发出，到达磁体南极 (S) 的 一组磁力线，称为“磁通”，符号为Φ 。磁场中磁
力线的数目确定了磁通的大小，磁力线的数目越 多，则磁通Φ越大，磁场越强。在均匀磁场中， 单位横截面积上磁力线的条数用B表示，则B与 垂直于磁场方向上面积S的乘积，称为通过该面 积的磁通Φ，即：
n5、掌握交流铁芯线圈电路中的电磁关系并 了解其功率损耗。
n6、了解电磁感应定律在交、直流电磁设备 中的 的应用。
2
5.1 磁场及磁路
n 磁场是由磁力线 (或称磁通线) 构成的。在磁磁 性材料体外部，磁力线自北极 (N) 发出到达南 极 (S) ，然后经磁性材料体内部返回到北极。 为清晰起见，图5. 1中仅画出了几条磁力线的代 表。在磁性材料体周围的三维空间环绕着一些磁 力线，虽然磁力线之间并不接触，但是这些线收 缩到尽可能小的尺寸，并混合在一起，环绕磁体 周围的磁效应构成了连续磁场。

( AC ) A．P＝2mgvsinθ B．P＝3mgvsinθ
C．当导体棒速度达到v2时加速度大小为g2sinθ
D．在速度达到 2v 以后匀速运动的过程中，R 上产生的 焦耳热等于拉力所做的功
【解析】导体棒由静止释放，速度达到 v 时，回路中的
I2＝RE＝ΔRΔΦt＝ΔRΔBSt ＝ΔΔBtπ2Rr2，因为 I1＝I2，可得ΔΔBt ＝ωπB0，
C 选项正确．
*5.(2012 山东)如图所示，相距为 L 的 两条足够长的光滑平行金属导轨与水平
面的夹角为 θ，上端接有定值电阻 R， 匀强磁场垂直于导轨平面，磁感应强度
为 B.将质量为 m 的导体棒由静止释放， 当速度达到 v 时开始匀速运动，此时对导体棒施加一平行于 导轨向下的拉力，并保持拉力的功率恒为 P，导体棒最终以 2v 的速度匀速运动．导体棒始终与导轨垂直且接触良好，不 计导轨和导体棒的电阻，重力加速度为 g.下列选项正确的是
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*1．(2011海南)自然界的电、热和磁等现象都是相互联 系的，很多物理学家为寻找它们之间的联系做出了贡 献．下列说法正确的是( ACD )
【解析】由于零线、火线中电流方向相反，产生磁 场方向相反，所以家庭电路正常工作时，L2中的磁 通量为零，选项A正确；家庭电路短路和用电器增 多时均不会引起L2的磁通量的变化，选项B正确，C 错误；地面上的人接触火线发生触电时，线圈L1中 磁场变化引起L2中磁通量的变化，产生感应电流， 吸起K，切断家庭电路，选项D正确．
(1)电磁感应与力和运动结合的问题，研究方法与力学相 同，首先明确物理过程，正确地进行受力分析，这里应 特别注意伴随感应电流而产生的安培力：在匀强磁场中 匀速运动的导体受的安培力恒定，变速运动的导体受的 安培力也随速度(电流)变化．其次应用相应的规律求解： 匀速运动可用平衡条件求解，变速运动的瞬时速度可用 牛顿第二定律和运动学公式求解，变速运动的热量问题 一般用能量观点分析．

（1）永磁铁氧体 用粉末冶金或粉末压制而成。其优点是矫 顽力Hc大， 抗去磁能力强，比重小，价格低，工作稳定；缺点是 剩磁Br不大，且易受温度影响。 因此，不适用于温度变化大且温 度稳定性要求高的场合。
-23-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
（2）稀土钴 具有综合磁性能好、抗去磁能力强和温度稳定 性高的特点，其允许工作温度可达200~250C； 但缺点是价格 高、不易加工，因而制造成本高。
用磁通 来表示。在均匀磁场中，把单位面积内的磁通量称为
磁通密度B，且有
BΦ S
（1-3）
-4-
第1章 电磁感应原理与磁路分析
1.1.2 电磁感应定律 1. 电磁感应定律 1831年，法拉第通过实验发现了电磁学中最重要的规律—
—电磁感应定律，揭示了磁通与电动势之间存在如下关系： 1）如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中
第1章 电磁感应原理与磁路分析
1.1 电磁感应原理
众所周知，电和磁是自然界的两种现象，近代通过物理学 家的深入研究，发现了电和磁的一些基本规律以及它们之间的 联系。本节将概要地介绍电磁感应的基本概念和定律，作为学 习本课程的物理基础。
1.1.1 磁场 除了天然磁体会产生磁场外，人们发现在导体中通过电流
（3）钕铁硼 于上世纪80年代后期合成的一种永磁材料。其 磁性能优于稀土钴，且价格较低；不足之处是工作温度较低，约 为100C，使其应用范围受到一定限制。
（4）铝镍钴 有两种制造方法：一种是用浇铸法制成的铸造 型铝镍钴，其优点是磁性能较高，稳定性好，价格较低；缺点是 材料硬而脆，不宜加工。另一种是由粉末冶金（烧结）或粉末压 制（粘结）制成的粉末型铝镍钴，其优点是可以直接成型，按所 需的形状和尺寸制作，特别适应批量生产； 缺点是磁性不及前 者，且价格较高。

的感应电流及方向。
解 设 t = 0 时线框处于图示位置。
则 t 时刻线框左边离导线的距离： I
b vt
回路正绕向：顺时针方向
B
dS
B
dS
cos
0o
S
S
b
B
v
a
a
Chapter 8. 电磁感应
§8. 1 电作磁者感：应杨定茂律田
P. 10 / 24 .
线圈以ω = kt 旋转(k为常数)，求小线圈内感应电动势。
提示I
2R
B
dS
Bo
r
2
S
q
or R
Chapter 8. 电磁感应
§8. 1 电作磁者感：应杨定茂律田
P. 16 / 24 .
课堂练习 如图，两线圈同心共面，R>>r，带电量q的大
I v
dx a
b
a
x
o x
Chapter 8. 电磁感应
§8. 1 电作磁者感：应杨定茂律田
P. 13 / 24 .
课堂练习 如图，无限长载流直导线与正方形导线框共面
且相对位置不变，导线中电流以恒定速率J0增长，已知a、 b，求导线框内的感应电动势。
感应电流 Ii 为：
ei
ei <0，指向与回路正绕向反向！
回
Chapter 8. 电磁感应
§8. 1 电作磁者感：应杨定茂律田
P. 5 / 24 .
ei
d dt
B eˆ n
右图： 0
若
d dt
0 ，则：
ei
ei <0，指向与回路正绕向反向！
回
Chapter 8. 电磁感应

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例与练4
如图，半径为r的金属环绕通过某直
径的轴00'以角速度ω作匀速转动,匀强
磁场的磁感应强度为B，从金属环面
与磁场方向重合时开始计时,则在 金
属环转过900角的过程中，环中产生的
电动势的
0
平均值是多大?
E2Br2
B
0'
例与练5
在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一
矩形线框,边长ab=L1,bc=L2线框绕中心 轴00'以角速度ω由图示位置逆时针方
0ω
d B c 0'
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例与练6
单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂
直于磁场。若线圈所围面积里磁通量随时间变
化的规律如图所示，则：( ABD )
A、线圈中0时刻感应电动势最大
B、线圈中D时刻感应电动势为零
C、线圈中D时刻感应电动势最大
D、线圈中0到D时间内
Φ/10-2Wb
平均感应电动势为0.4V 2
25V
例与练2 一个100匝的线圈，在0.5s内穿过它 的磁通量从0.01Wb增加到0.09Wb。 求线圈中的感应电动势。
16V
完整版ppt课件
16
例与练3
一个匝数为100、面积为10cm2的线 圈垂直磁场放置, 在0.5s内穿过它的 磁场从1T增加到9T。求线圈中的感 应电动势。
1.6V
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从条件上看
相同 Φ都发生了变化 不同 Φ变化的快慢不同
从结果上看 都产生了E(I) 产生的E(I)大小不等
磁通量变化越快，感应电动势越大。
越大?
磁磁通通量量的的变变化化快率慢
Φ
t
二、法拉第电磁感应定律