大学物理(上册)_变化中的磁场和电场(4)

格式：ppt
大小：647.50 KB
文档页数：43

下载文档原格式

大学物理——韩永胜——13第十一章变化的磁场和变化的电场

L
Ek dl
于是，法拉第电磁感应定律可以表示为：
d B dS Ek dl dt S
式中左边是非静电力对回路积分，即感应电动势；右边回路是磁通量变化率的负值。
中国药科大学物理教研室（Phys. Dept. C.P.U.）
例一长直导线通以电流 i I 0 sin t ，旁边有一个共面的矩形线圈 a b c d 。求：线圈中的感应电动势。注意到线圈所在处的磁场是不均匀的，并且还是交变的，因此须通过在线圈上取平行导线的面积微元来求磁通量。 r l1 i 0 Φ B dS l 2 dx S r 2 x
n
2、根据法拉第电磁感应定律，若εi>0，则其方向沿回路正方向。注意与楞次定律结论是一致的。
通过通过 N N 匝线圈的磁链匝线圈的磁链
Ψ NΦ
dΦ dΨ i N dt dt
若回路中的电阻为R，则感应电流：
1 dΨ i R R dt
i
中国药科大学物理教研室（Phys. Dept. C.P.U.）
L

0
1 B ldl B L2 2
电动势方向：a o，o正极。也可通过求磁通量的变化率求解： S L2 2 Φ BS
dΦ 1 2 d 1 2 BL BL dt 2 dt 2

dl S θ l o
这种由于导体运动而产生的电动势称为动生电动势。
中国药科大学物理教研室（Phys. Dept. C.P.U.）
例一矩形导体线框，宽为 l ，与运动导体棒构成闭合回路。如果导体棒以速度 v 在磁场中作匀速直线运动，求回路内的感应电动势。 b

变化的磁场与变化的电场-精品文档

S
式中： B(t) (t)
S(t)
5
二. 楞次定律（P442，自己看）
§10.2 感应电动势
两种不同机制
• 相对于实验室参照系，若磁场不变，而导体回路运动 •
化—感生电动势
（切割磁场线）— 动生电动势相对于实验室参照系，若导体回路静止，磁场随时间变
一. 动生电动势
L
l v
b ei
B 运动，切割线， ab 向右以 v 选回路 L 的正方向：顺时
第10章变化的磁场和变化的电场
电磁感应现象是电磁学中最伟大的发现之一
在很长的一段历史时期内，电、磁的研究彼此独立的向前发展； 1820年，奥斯特（丹麦）首先发现了电流的磁效应，此后，许多人从事它的逆效应的研究； 1822年，安培（法）发现磁铁附近载流导线会受到磁力的作用，一个新的研究领域被发现了。
r
d r
a

d v B d r r B d r i a 1 2 e d e BR i i o 2 o负极，低电势 a正极，高电势
e

1 因为并联，所以圆盘电动势：ei BR2 圆心为负极 2 边缘为正极 10
解（二）：用法拉第定律角到 o， oa 转过 a
电可以产生磁效应，磁是否可以产生电？
1
1831年，法拉第（英）发现了电流变化时产生的电磁感应规律；同年，楞次（俄）独立的完成类似的实验。电磁感应定律的发现，揭示了电和磁的内在联系及转化的规律，它的发现在科学和技术上都具有划时代的意义，不仅完善了电磁学理论，而且为以后大规模开发电能开辟了道路，引起一系列重大技术革命，推动社会向前发展。
m 2
dqi dt
1 1 q d q d ( )与 t 无关 i i m m 1 m 2 m 1 R R

变化的磁场和变化的电场精品PPT课件

法拉第电磁感应定律不论任何原因, 当穿过闭合导体回路所包围面积的磁通量发生变化时, 在回路中都会出现感应电动势, 而且感应电动势的大小总是与磁通量对时间的变化率成正比.
i
说明：
dΦm dt
1) N 匝线圈, 令
单位: 伏特(V)
Ψ m NΦm
磁通链数
i
dΨ m dt
8 January 2021
大学物理学
ANHUI UNIVERSITY
第十一章变化的磁场和变化的电场
11－1 电磁感应定律 11－2 动生电动势和感生电动势 11－3 自感和互感 11－4 磁场的能量 *11－5 电感和电容电路的暂态过程 11－6 位移电流 11－7 麦克斯韦方程
8 January 2021
Page 1
安徽大学出版社
Page‹#›
ANHUI UNIVERSITY
大学物理学
第十一章变化的磁场和变化的电场
• 电磁感应定律中的负号反映了感应电动势的方向与磁通量变化状况的关系, 是楞次定律的数学表示.
Φ 0
Φ 0 符号法则：
1. 对回路L任取一绕行方向.
i
N S
N S
i
2.
当回路中的磁感线方向与回路的绕行方向成右
Page‹#›
ANHUI UNIVERSITY
大学物理学
第十一章变化的磁场和变化的电场
一1、1电－磁1感电应磁现象感应定律
1831年法拉第首次发现, 载流线圈中电流发生变化时, 处在附近的闭合回路中有感应电流产生.
实验一当条形磁
铁插入或拔出线圈回路时，在线圈回路中会产生电流；而当磁铁与线圈保持相对静止时，回路中不存在电流.

变化的磁场和电场

变化的磁场和电场结构框图基本要求1. 掌握和熟练应用法拉第电磁感应定律。

2. 理解动生电动势和感生电动势产生的机理，能进行基本计算。

3. 理解自感和互感现象及规律，会进行简单情况下的自感和互感系数。

4. 理解磁能密度的概念，会计算对称场分布的磁场能量。

5. 理解涡旋(感生电场) 和位移电流的概念。

6. 理解麦克斯韦方程的积分形式的物理意义。

内容提要1. 法拉第电磁感应定律2. 动生电动势与感生电动势3. 自感和互感4. 磁场的能量5. 位移电流6. 麦克斯韦方程组学习重点1. 法拉第电磁感应定律及应用。

2. 动生电动势与感生电动势产生的机制及其计算。

3. 涡旋电场和位移电流。

4. 磁场能量与能量密度。

5. 麦克斯韦方程。

难点辨析1.法拉第电磁感应定律中负号的意义任一回路L所围的面积有两个法向，计算穿过回路的通量时，应首先确定回路所围面积，通常人为选定一个绕行正向，由此正向用右手螺旋法则确定回路的法线方向，并计算，代入，若算得，则的指向与绕行正向相同，反之，的指向与绕行正向相反，如图10-1所示。

而这样得出的结论与楞次定律的要求是一致的。

换句话说，法拉第电磁感应定律中的负号是楞次定律的要求。

2.区分电动势、电压和电势差电动势是非静电力移动单位正电荷所做的功，——与积分路径有关而静电场中的电势差——与积分路径无关回路中两点间的电压其中，可以是，也可以是。

显然，在静电场中电压与电势差是相同的，而在涡旋电场存在时，电压V12是对特定的路径而言，且由于涡旋电场为非保守场，所以对不同的路径，两点间的电压是不同的。

由以上讨论可知，电动势、电压和电势差是三个不同的概念。

3.如何确定回路中电动势的指向?一种方法是由法拉第电磁感应定律，只要选定绕行正向，就能由算得的的符号，判定的指向。

第二种方法，在一段运动导体中的动生电动势的指向，应是正电荷的受力方向，只要判定的方向，即可判定的指向。

第三种方法，在涡旋电场中，的指向就应是的指向。

变化的磁场和变化的电场

N
L S
Φ 0 dΦ 0 dt
如35
dΦm
dt
0
N
L n
S
Φ0 dΦ 0 dt
如 -3 -5
dΦm
dt
0
N
L S
Φ 0
dΦ 0 dt
如53
dΦm
dt
0
N
L n
S
Φ0
dΦ 0 dt
如 -3 -5
dΦm
Φm
B dS
d m

dt
dΦm
dt
dΦm
dt
（3）确定电动势的方向的方法
I 规定绕行方向 L，电动势与该方向一致时为正，否则为负
II 确定 m 的正负
III 根据法拉第定律确定电动势的方向
大学物理：变化的磁场和变化的电场
B
n
B
B
n
B
电动势的性质
（1）电动势与外电路及电路开、关无关
（2）电动势的方向从负极通过电源内部指向正极
（3）电动势是有正负的标量
+-
大学物理：变化的磁场和变化的电场
非静电场
可以认为：电源在其内部建立了一个非静电场
EK

FK q
类比静电场
Ee

Fe q
EK
非静电场和静电场一样对电荷作用，但它仅存在在电源内部
例在匀强磁场 B 中，长 R 的铜棒绕其一端 O 在垂直于
B 的平面内转动，角速度为
求棒上的电动势
解方法一 (动生电动势):
i

A(v
B)

变化的磁场和变化的电场课件

1. 负号: εL总是阻碍 I 的变化;
2. L: 描述线圈电磁惯性的大小.
31
二、自感现象的应用和防止
1. 电器设备中，常利用线圈的自感起稳定电流的作用.
例如，日光灯的镇流器就是一个带有铁芯的自感线圈 .
2. 电工设备中，常利用自感作用制成自耦变压器或扼流圈 .
3. 电子技术中，利用自感器和电容器可以组成谐振电路或滤波电路等.
方向
15
交流发电机(alternator)
周期频率
16
二、感生电动势(induced electromotive force) 导体回路不动, 由于磁场变化产生的感应电动势.
非静电力场来源?
感生电场
麦克斯韦尔假设变化的磁场在其周围空间激发一种电场, 这个电场叫感生电场 .
对于导线ab
对于闭合导体回路根据法拉第电磁感应定律
单位: 伏特(V) 磁通链数
7
• 电磁感应定律中的负号反映了感应电动势的方向与磁通量变化状况的关系, 是楞次定律的数学表示.
符号法则：
线圈绕行方向
1. 对回路L任取一绕行方向 .
2. 当回路中的磁感线方向与回路的绕行方向成右手螺旋关系时, 磁通量为正(+), 反之为负(-).
3. 回路中的感应电动势方向凡与绕行方向一致时为正(+), 反之为负(-) .
4. 在具有相当大的自感和通有较大电流的电路中，当切断电源的瞬间，开关处将发生强大的火花,产生弧光放电现象，亦称电弧.
因此通常都用油开关，即把开关放在绝缘性能良好的
油里，以防止发生电弧.
32
自感系数的计算 1) 设线圈通有电流 I ; 2) 确定电流在线圈中产生的磁场及其分布. 3) 求通过线圈的全磁通. 例长为l 的螺线管, 横断面为S, 线圈总匝数为N, 管中

变化的磁场和变化的电场

变化的磁场和变化的电场在物理现象中的应用
电磁感应：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场
无线电波：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，形成电磁波

磁流体发电机：利用磁场和电场的相互作用产生电流
电磁炮：利用磁场和电场的相互作用加速带电粒子
感谢您的观看
汇报人：XX
变化的电场的应用
无线电波：利用变化的电场产生磁场，进而产生电磁波
电子显微镜：利用变化的电场控制电子束的聚焦和扫描
电子束曝光机：利用变化的电场控制电子束的路径和能量
离子束刻蚀机：利用变化的电场将离子束聚焦和扫描，实现微米级加工
03
变化的磁场和变化的电场的相互关系
磁场和电场的相互影响
变化的磁场产生电场
法拉第电磁感应定律：当一个变化的磁场穿过一个闭合电路时，会在电路中产生电动势，从而产生电场。
麦克斯韦方程组：变化的磁场可以产生电场，这是麦克斯韦方程组的一个重要结论。
实验验证：通过实验可以观察到，当磁场变化时，附近的导体中会产生电流，这是由于变化的磁场产生了电场。
应用实例：发电机的工作原理就是利用了变化的磁场产生电场，从而将机械能转化为电能。
磁场的变化对电场的影响
变化的磁场可以产生电场
磁场的变化对电场的影响与方向有关
添加标题
添加标题
磁场的变化会影响电场的分布
添加标题
添加标题
磁场的变化对电场的影响与强度有关
变化的磁场的应用
变压器：利用磁场变化实现电压的变换
变化的磁场可以产生电场
变化的电场可以产生磁场
磁场和电场相互依存，形成统一的电磁场

大学物理东南大学第七版上册第四章知识点总结

大学物理东南大学第七版上册第四章知识点总结一．静电场：1.真空中的静电场库仑定律→电场强度→电场线→电通量→真空中的高斯定理r适用范围：真空中静止的两个点电荷F⑵电场强度定义式：Eqo⑶电场线：是引入描述电场强度分布的曲线。

曲线上任一点的切线方向表示该点的场强方向，曲线疏密表示场强的大小。

静电场电场线性质:电场线起于正电荷或无穷远，止于负电荷或无穷远，不闭合，在没有电荷的地方不中断，任意两条电场线不相交。

⑷电通量：通过任一闭合曲面S的电通量为e S dS方向为外法线方向1E dS⑸真空中的高斯定理：e S o E dSqi1int只能适用于高度对称性的问题：球对称、轴对称、面对称应用举例：球对称：0均匀带电的球面E Q4r20(r R)(r R)均匀带电的球体Qr40R3E Q240r(r R)(r R)轴对称：无限长均匀带电线E2or0(r R)无限长均匀带电圆柱面E(r R)20r面对称：无限大均匀带电平面E E⑹安培环路定理：dl0l2o★重点：电场强度、电势的计算电场强度的计算方法：①点电荷场强公式+场强叠加原理②高斯定理电势的计算方法：①电势的定义式②点电荷电势公式+电势叠加原理电势的定义式：UA AP E dl(UP0)B电势差的定义式：UAB UA UB A电势能：Wp qo PP0E dlE dl(WP00)2.有导体存在时的静电场导体静电平衡条件→导体静电平衡时电荷分布→空腔导体静电平衡时电荷分布⑴导体静电平衡条件:Ⅰ.导体内部处处场强为零,即为等势体。

Ⅱ.导体表面紧邻处的电场强度垂直于导体表面，即导体表面是等势面⑵导体静电平衡时电荷分布:在导体的表面⑶空腔导体静电平衡时电荷分布:Ⅰ.空腔无电荷时的分布：只分布在导体外表面上。

Ⅱ.空腔有电荷时的分布(空腔本身不带电，内部放一个带电量为q的点电荷)：静电平衡时，空腔内表面带-q电荷，空腔外表面带+q。

3.有电介质存在时的静电场⑴电场中放入相对介电常量为r电介质，电介质中的场强为：E⑵有电介质存在时的高斯定理：S D dS q0,int E0r各项同性的均匀介质D0rE⑶电容器内充满相对介电常量为r的电介质后，电容为C rC0★重点：静电场的能量计算①电容：②孤立导体的电容UU U举例：平行板电容器C圆柱形电容器 C4oR1R2os球形电容器CR2R1d2oL R2ln(R1Q211Q U C(U)2 ③ 电容器储能公式We2C22④静电场的能量公式We wedV E2dVVV12二.静磁场：1.真空中的静磁场磁感应强度→磁感应线→磁通量→磁场的高斯定理⑴磁感应强度：大小B F方向：小磁针的N极指向的方向 qvsin⑵磁感应线：是引入描述磁感应强度分布的曲线。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

传导电流
板间电场
结论
大小： dD j dt
I
dq d d (S ) S dt dt dt
I d j S dt

E D E
dD d dt dt
,D
与 D 同向与 j 同向
I
D
充电
dD 0 dt
dD j dt
穿过以L为边界的任意曲面的传导电流
非稳恒情况如何？
非稳恒情况举例：电容器充放电

I
S1
L
2 1
K
2 1
K

S2

取回路 L ，作以 L 为边界的曲面对 S1 :
对 S2 : LH dl 0
H dl I
L
导线穿过 S1
导线不穿过 S 2
矛盾！
说明将安培环路定理推广到一般情况时需要进行补充和修正.
一.麦克斯韦方程组的积分形式
高斯定理 B dS 0
S
环路定理
D LH dl S ( j t ) dS
磁场
静电场电场
感生电场
(1) D dS q0 dV
S S内 V
(1) E dl 0
E 720sin 105 t ,
D 720 0sin 105 t
dD jD 720 105 0cos105 t dt
(A m - 2 )
2）作如图r＝0.01m的环路，
r
由安培环路定理：
H dl jD dS
L S
L
jD
H 2r jDr 2
L

S
( 2) D dS 0
(1) (2) D D D
一般电场
(2) B LE dl t dS
D dS
S

V
dV
B dS LE dl t S
出现矛盾的原因：非稳恒情况下传导电流不连续
I
S1
L
2 1
K

S2

（ I 流入 S1 ，不流出 S2 ） j dS I 0
S1 S 2
传导电流不连续的后果：电荷在极板上堆积。电荷密度随时间变化（充电，放电）极板间出现变化电场 .
解决问题思路：寻找极板上传导电流与极板间变化电场之间的关系 .
0

t
q 1 U C C
1 t 0.2 t t i d t 0 . 2 e d t ( 1 e ) 0 0 C C
t
I D i 0.2e t
练习：设平行板电容器内交变电场强度：
E 720 sin 105 t
V/m
求：1）电容器内位移电流密度的大小； 2）电容器内到两板中心连线距离0.01米处磁场强度的峰值（不计传导电流的磁场）。解：1）
E P j 真空中： 0 , D 0 t t
揭示变化电场与电流的等效关系
3. 比较
传导电流 I 0 起源载流子宏观定向运动只在导体中存在并产生焦耳热位移电流 I d 变化电场和极化电荷的微观运动无焦耳热，在导体、电介质、真空中均存在
特点
共同点
都能激发磁场
P334
问题：比较导体、介质中
j0 , jD 数量级
三. 安培环路定理的推广
1. 全电流
I全 I 0 I D
I
S1
L
2 1

S
S2
对任何电路，全电流总是连续的 D S1 S2 ( j t ) dS 0
K
2. 推广的安培环路定理 D ) dS （I 0 I D） ( j H dl I 全
穿过极板的电位移通量 D 对时间的变化率 d D dt 等于极板上的传导电流 I . 问题的解决办法：
将 d度 .
j

dD dt

dD dt
j
充电
放电
传导电流 I 在极板上中断，可由 d D dt 接替；传导电流密度 j 在极板上中断，可由 dD dt 接替 .
dD 0 dt

,D
与 D 反向

S
I
D
放电
dD j dS dS dt S
与 j 同向
d d D I D dS dt S dt
dD dt 板间电场的电位移矢量 D 对时间的变化率等于极板上的传导电流密度 j .
L （L内）（L内）
S
t

L
H dl I 全
I
ID I
对 S1 对 S2
不矛盾！
练习： P344 11-19
已知：对平行板电容器充电
C,
求：
qt 0 0,
i 0.2e t SI
U (t ) ? I D ?
解： dq idt , q idt
jD r H 3.60 105 0 cos105 t 2
Hm 3.6 105 0 105 A m-1
§ 11.4
麦克斯韦方程组的积分形式
麦克斯韦是19世纪伟大的英国物理学家、数学家。主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。尤其是他建立的电磁场理论，将电、磁、光、统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。
?
第三篇相互作用和场第十一章变化中的磁场和电场
第十一章第四讲
本章共3.5讲
§ 11.3
位移电流
随时间变化的磁场感生电场（涡旋电场）对称性随时间变化的电场磁场
麦克斯韦提出又一重要假设：位移电流一.问题的提出稳恒磁场的安培环路定理： H dl I 0
L （L内）
解决了非稳恒情况电流的连续性问题
二. 位移电流
1. 就电流的磁效应而言，变化的电场与电流等效. 称为位移电流 2. 物理意义 D 0E P
dD E P jD 0 dt t t
空间电场变化
ID
d D dt
dD jD dt
电介质分子中电荷微观运动

大学物理(上册)_变化中的磁场和电场(4)

合集下载

大学物理——韩永胜——13第十一章变化的磁场和变化的电场

变化的磁场与变化的电场-精品文档

最新变化的磁场和变化的电场124教学讲义PPT

变化的磁场和变化的电场精品PPT课件

变化的磁场和电场

变化的磁场和变化的电场

变化的磁场和变化的电场课件

变化的磁场和变化的电场

最新变化的磁场和变化的电场教学讲义ppt课件

大学物理东南大学第七版上册第四章知识点总结

文档推荐

最新文档