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动生电动势和感生电动势

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动生电动势和感生电动势

动生电动势和感生电动势

§ 6-2 动生电动势和感生电动势动生电动势：回路或其一部分在磁场中的相对运动所产生的感应电动势。

感生电动势：仅由磁场的变化而产生的感应电动势。

动生电动势B图6-5动生电动势动生电动势的产生可以用洛伦兹力来解释。

长为I的导体棒与导轨构成矩形回路abed平放在纸面内，均匀磁场B垂直纸面向里。

当导体棒ab以速度v沿导轨向右滑动时，导体棒内自由电子也以速度v随之一起向右运动。

每个自由电子受到的洛伦兹力为F = (- e) v B ,方向从b指向a，在其作用下自由电子向下运动。

如果导轨是导体，在回路中将形成沿着abed逆时针方向的电流。

如果导轨是绝缘体，则洛伦兹力将使自由电子在a端累积，从而使a端带负电，b端带正电，在ab棒上产生自上而下的静电场。

当作用在自由电子上的静电力与洛伦兹力大小相等时达到平衡，ab间电压达到稳定值，b 端电势比a端高。

这一段运动导体相当于一个电源，它的非静电力就是洛伦兹力。

电动势定义为单位正电荷从负极通过电源内部移到正极的过程中，非静电力K所作的功，即F K v B .-e动生电动势为+ b名=J K d \ =f (v 汉B) d l . (6.4)- a ' '均匀磁场情况：若v — B，则有；=Bl v;若导体顺着磁场方向运动，v B,则有v B = 0，没有动生电动势产生。

因此，可以形象地说，只有当导线切割磁感应线而运动时，才产生动生电动势。

普遍情况：在任意的恒定磁场中，一个任意形状的导线线圈L(闭合的或不闭合的)在运动或发生形变时，各个线元dl 的速度v 的大小和方向都可能是不同的。

这时，在整 个线圈L 中产生的动生电动势为=(v B ) d l .(L)图6-6洛伦兹力不作功洛伦兹力对电荷不作功：洛伦兹力总是垂直于电荷的运动速度，即 F v_ v ，因此洛 伦兹力对电荷不作功。

然而，当导体棒与导轨构成回路时会有感应电流出现，这时感应 电动势却是要作功的。

第19讲动生电动势与感生电动势

第19讲动生电动势与感生电动势

解：由 B 0, 与B同向 感生电场沿逆时针。 t
取逆时针回路, r < R 时
l Ei dl
B dS S t
l
Ei
dl
cos
0
B t
dS
cos
Ei
2
r
dB dt
r2
r dB Ei 2 dt
××××× ×××××××
r × × × × × × ×
×××××××
×R× × × × B
r > R时，
3. 动生电动势的计算
作为电源的这段运动导体杆，其中的洛仑兹力 是非静电力。
非静电力 对应的非静电场强 由电动势定义
Fk e(v B)
Ek
Fk e
v
B
i Ek dl
运动导线ab产生的动生电动势为
i
(v B) dl
l
例题1 有一半圆形金属导线在匀强磁场中作切 割磁力线运动。已知 v, B, R. 求动生电动势.
解：
d (v B)dl
dl Rd v B
vB sin900 dl cos
2
vBR cos d 2 vB2R 有效段！
b dl
d
v
0：与假定的方向相同
R
B
方向：a b
a
例题2 如图，长为L 的铜棒在匀强磁场中以角速度 ω绕 o 轴转动。求：棒中感应电动势的大小 和方向。
解：取如图所示微元(此微元暗示了假定的正方向)
C × × ×O× ×
B t
Ei Dx
L
d Ei dx cos
r dB dx cos
2 dt
r dB Ei 2 dt
逆时针
r cos h

12.2 动生电动势和感生电动势

12.2 动生电动势和感生电动势

此时电荷积累停止， 两端形成稳定的电势差 两端形成稳定的电势差。 此时电荷积累停止，ab两端形成稳定的电势差。 洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因 洛仑兹力是产生动生电动势的根本原因. 是产生动生电动势的根本原因
动生电动势的公式
非静电力
f = −e(v × B)
f 定义 Ek为非静电场强 Ek = = v ×B −e
S
A B ××× ×
ω ××v × ×
非均匀磁场
例 一直导线CD在一无限长直电流磁场中作 一直导线 在一无限长直电流磁场中作 切割磁力线运动。 切割磁力线运动。求：动生电动势。 动生电动势。 解：方法一
dε = ( v × B )⋅ dl I l dl µ0I 0 0 D sin90 dl cos180 =v C 2πl b a µ0vI dl =− 方向 D→C → 2πl µ0vI a+b dl µ0vI a + b ε =− ∫a l = − 2π ln a 2π
×××× ⊗ o ×××× B ×××× h
C
∂B ∂t
××
L
D
解:
ε i = ∫ E涡 • dl
L
r dB E涡 = 2 dt
dε = E涡 • dl r dB dl cosθ = 2 dt
h dB dl = 2 dt
⊗o
B
⊗
θ
∂B ∂t
E涡
r h
l dl
L
θ
C
D
h dB 1 dB εCD = ∫L dl = 2hL dt 2 dt
O
解：方法一 取微元
dε = ( v × B )⋅ dl
= Bvdl = Blωdl
εi = ∫ dεi = ∫0 Blωdl

动生电动势与感生电动势

动生电动势与感生电动势

【解】由于金属棒处在通电导线的非均匀磁场中，因此必
须将金属棒分成很多长度元dx，规定其方向由A指向B。这样 在每一dx处的磁场可以看作是均匀的，其磁感应强度的大小为
B 0I
2x
根据动生电动势的公式可知，dx小段上的动生电动势为
d动
(v
B)
dl
Bv
cos
dx
0I
2x
vdx
由于所有长度元上产生的动生电动势的方向都相同，所以金
d
dt
d dt
S
B
dS
又根据电动势的定义可得
L EK dl
式中，EK为感生电场的电场强度。感生电场的电场强度是 非静电性场强。
则有
L EK
dl
d dt
B dS B dS
s
s t
dB
s
S t
若闭合回路是静止的，即所包围面积S不随时间变化，即
S 0 ，则上式可写成
t
B L EK dl s t dS
性场强为
Ek
fL (e)
vB
根据电动势的定义可得，动生电动势为
a
动
L Ek
dl
(v B) dl
b
上式是动生电动势的一般表达式。由上式可知，动生电动势
的方向是非静电性场强 Ek v B 在运动导线上投影的指向。
【例9-2】如下图所示，长直导线 中通有电流I＝10A，有一长l＝0.1m的 金属棒AB，以v＝4m·s-2的速度平行于 长直导线作匀速运动，棒离导线较近的 一端到导线的距离a＝0.1m，求金属棒 中的动生电动势。
1861年，英国物理学家麦克斯韦提出感生电场的假设，认为 由于磁场变化而产生一种电场，是这个电场使导体中自由电子作 定向运动而形成电流。麦克斯韦还认为，即使没有导体，这种电 场同样存在。这种由变化磁场激发的电场称为感生电场。

感生、动生电动势

感生、动生电动势

v dx
v 和 B 的夹角： θ1 = π / 2, V × B 与dx 的夹 的夹角：
二、动生电动势
r r r r r r fL r 由 f L = − e ( v × B ) 得: E k = =v×B −e + r r + r r r 代入 ε = ∫ Ek ⋅dl 得: ε = ∫ ( v × B ) ⋅d l
−
−
大小： 大小： ε =
r r − θ 1为 v与B的夹角； 的夹角；
dε i = E感dl cos θ
× × × × × × R × × × × × × × o h× × × r × θ × × ×θ B dl × L ×
r dB E感 = 由上题结果， 由上题结果，圆形区域内部的感生电场： 圆形区域内部的感生电场： 2 dt
−
ε i = ∫ dε i = ∫ E感dl cosθ
∫
L
动生电动势的求解可以采用两种方法： 动生电动势的求解可以采用两种方法：一是利用 一是利用 “动生电动势”的公式来计算； 的公式来计算；二是设法构成一种合理 的闭合回路以便于应用“法拉第电磁感应定律”求解。 求解。
三、应用动生电动势的解题方法
公式： 公式： ε
= ∫ vBdl sin θ1 cosθ 2
∫ vB dl sin θ
+
1
r r r θ 2为 v × B 与 d l 的夹角。 的夹角。
cos θ 2
方向： 方向：电动势方向从负极到正极。 电动势方向从负极到正极。 以上结论普遍成立。 以上结论普遍成立 。 如果整个回路都在磁场中运动， ，则在回路中产生的总 如果整个回路都在磁场中运动 r r r 的电动势为： 的电动势为： ε = ( v × B ) ⋅ d l

动生电动势和感生电动势

动生电动势和感生电动势

Ek
1 2
B t
r
1 2
kr
2. r > R 区域
作半径为 r 的环形路径，并以逆
时针为回路绕向，则同理有
2rEk
S
B t
ds
R2k
R
o
r
r
B
1 B R2 1 R2
Ek 2 t
r
k 2r
Foundation - SJYGGF
§ 13.2 动生电动势和感生电动势
Nov 5, 2002 9/33
随时间均匀增加， dB k dt
若铝圆盘的电导率为γ，求盘内 的感应电流。
见书P212页，例4
R
解： 取半径为r、宽为dr的圆环微 元，并以逆时针方向为正方向，则 微元环中元电动势为
d L Ek dl L Ek dl
1 kr 2r dl kr2
20
o
r
dr
B
微元环中的电阻为 dR 1 2r hdr
Foundation - SJYGGF
§ 13.2 动生电动势和感生电动势
Nov 5, 2002 21/33
4) 电度表记录电量
电度表记录用电量，就是
利用通有交流电的铁心产生交
变的磁场，在缝隙处铝盘上产
o
生涡电流，涡电流的磁场与电
磁铁的磁场作用，表盘受到一
转动力矩，使表盘转动。
o’
Foundation - SJYGGF
感生电动势
1. 感生电动势——回路不动或不变，因磁场随时间变 化产生的电动势。相应的电流称为感生电流。
2. 感生电动势的起源——感生电场Ek 1) Maxwell感生电场（涡旋电场）假设
Maxwell 1861年首先从理论上预言感生电场的存在，后 被Hertz的电磁波实验所证实。Maxwell假设： 变化的磁场要在其周围空间激发一种电场——感生电场

§10-2. 动生电动势与感生电动势


（3）感生电场是无源场。

S
E dS 0.....( 4)
B t E
• 涡旋电场无源其电里力线是闭合曲线。 3、感生电动势的非静电力—感生电场对电 11 荷的作用力 F eE 。
4.感生电场和静电场的比较 (1)相同点：都对电荷有作用力。
不同点 产生的原因 电力线 静电场 电荷 电力线有头有尾
I B1 0 2d
B2 2 (d a)
0 I

I
1 : B DA 2 : B CB 回路中总感应电动势方向沿顺
时针．
1
d

B 2
a
15
10-11）
在金属杆上取距左边直导线为，则
I B1 0 2r
B B1 B2
图中电动势的方向：从负极a正极b;
b
(1)动生电动势的大小：
（3）式 (v B) dl 仅适用 a

a
f
v
于计算切割磁场线的导体中的感 应电动势。 (4)积分是沿着运动的导线进行的。

3
（5）若ab导体为闭合回路则动生电动势为： (v B) dl .....(1)
0…………（2）
10
（2）感生电场是非保守场。
d B l E dl dt SB d S S t d S........(10.4)
B dS 代入（2）式，得： S
n S l
• dS的正方向与l成右手螺旋关系
b
r Iv Iv dr d l sin 0 Iv sin dl 0 dr0 a 2 r r 2 r d 2 r 0 Iv d l sin ln 2 d v B：b a

大学物理动生电动势和感生电动势全篇


第十三章电磁感应
步骤：
dm
dt
b
a (v B) dl
1） 约定 右旋
2）求磁通
3）根据公式计算
1）取线元 dl ，并规定其方向
2）
写出
d
(v
B)
dl
3）确定积分范围，并积分
若结果 0,则
说明 实 与 相反
若结果 0,则
说明 实与 dl 相反
10 - 2 动生电动势和感生电动势
第十三章电磁感应
感生电场和静电场的对比
E静 和 Ek 均对电荷有力的作用.
静电场是保守场 L E静 dl 0
感生电场是非保守场
dΦ L Ek dl dt 0
静电场由电荷产生；感生电场是由变化的磁 场产生 .
10 - 2 动生电动势和感生电动势
第十三章电磁感应
例：将磁铁插入非金属环中，环内有无感
坩锅外的线圈中通交流电 电磁炉：交变磁场作用于金属锅底，产生
大量涡流
2. 电磁阻尼摆
涡电流的弊
热效应过强、温度过高， 易破坏绝缘，损耗电能，还可能造成事故
10 - 2 动生电动势和感生电动势
第十三章电磁感应
减少涡流 1、选择高阻值材料（硅钢、矽钢等） 2、多片铁芯组合
感生电场充当着产生感应电动势
的非静电力。
闭合回路中的感生电动势
L
Ek
dl
dΦ dt
10 - 2 动生电动势和感生电动势
第十三章电磁感应
闭合回路中的感生电动势
L
Ek
dl
dΦ dt
Φ SB dS
d
L Ek
dl
dt
B dS
S
S不变

高中物理 4.5感生电动势和动生电动势课件


链接——生活中的素材 北京市教委透露，2016 年高考改革要点中，语文从 150 分上调到 180 分。 高考语文分数增加 30 分，这不仅是一种简单的分值调整，意味着高考指挥棒的 价值导向终于进行了调整和偏转：语文学科在基础教育中的重要性得到了强化。 这会让孩子们学习语文、学习国语的积极性、自觉性和趣味性，得到空前推进 和提升，正如歌曲《中国话》所唱到的，“最爱说的话永远是中国话，字正腔圆 落地有声说话最算话；最爱写的字是先生教的方块字，横平竖直堂堂正正做人 要像它”。高考语文分数增加，可以让祖国语言文字自豪感、民族文化自豪感、 民族文化自信力，得到现代化的继承和发扬光大。
感生电场的方向类 似感应电流方向的 判定----安培定则
实际应用
电子感应加速器
竖直向上
逆 穿过真空室内磁场的方向 时 针 由图知电子沿什么方向运动
要使电子沿此方向加速， 感生电场的方向如何 顺 时 由感生电场引起的磁场方 针 向如何 向下
原磁场在增强，即电流在 增大。
二、理论探究动生电动势的产生
[话题·互动] 话题：有人认为《汉字王国中的“人”》是一篇专业论文，也有人认为这 是一篇文化散文，其中包含许多小故事。对此你有何看法？
学生甲：这是一篇专业论文。林西莉对汉字研究是下了苦功的。她是在教 学和研究的基础上写就这篇文章的。其间，这位“汉字迷”跋山涉水，足迹遍 布世界各地，心里时时记挂着汉字，发现他人所未见，思考他人所未想。搜集 了大量资料、图片、实物，提出了许多新颖而又专业的见解。文章以图文并茂 的形式讲述中国文字“人”以及与“人”相关汉字的起源和特点，其中选取十 多个与人类及人体不同部位有关的汉字进行细致的讲解，同时分析和描述中国 人的生活方式和风俗习惯，从而使人加深对文字的理解。每一页都图文并茂， 有甲骨文、金文、现代文字的演变过程，也有各个朝代(包括现代)的各种图片。

动生和感生电动势

动生和感生电动势
目录
• 动生电动势 • 感生电动势 • 比较动生和感生电动势 • 实例分析 • 问题与讨论
01
CATALOGUE
动生电动势
定义与原理
定义
动生电动势是指由导体在磁场中运动而产生的感应电动势。
原理
根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动时，导体中 的电子会受到洛伦兹力的作用，从而在导体两端产生电动势 。
感生电动势的大小取决于磁场的变化率。如果磁场变化很快，那么产生的电动势就很大。
应用比较
动生电动势在电力生产和传输中起着关键作用。例如，发电机是通过动生电动势将机械能转化为电能 。
感生电动势在电子设备和磁性材料中有着广泛的应用。例如，变压器和电感器是通过感生电动势来改 变信号和传输能量。
04
CATALOGUE
电磁制动
在某些机械设备中，利用 动生电动势可以实现电磁 制动，达到减速或停止的 目的。
电磁感应现象
动生电动势是电磁感应现 象的一种表现形式，可以 用来解释和利用电磁感应 现象。
02
CATALOGUE
感生电动势
定义与原理
定义
感生电动势是指磁场变化时在导体中产生的电动势。
原理
根据法拉第电磁感应定律，当一个导体处于变化的磁场中时，导体中的自由电子 会受到洛伦兹力的作用，从而在导体两端产生电动势。
电子感应加速器
利用感生电动势加速带电粒子。
03
CATALOGUE
比较动生和感生电动势
产生方式比较
动生电动势
是由磁场和导线的相对运动引起的。当 导线切割磁力线时，导线两端会感应出 电动势。
VS
感生电动势
是由磁场的变化引起的。当磁场发生变化 时，附近的导体中会产生感应电流和电动 势。
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（至于B变化原因可以磁极、载 流线圈运动，也可时间 变化等）
磁力线，引起 — 动生。
产生 — 感生电动势。
一、动生电动势 1、动生电动势由洛仑兹力引起。 (1)特例分析 d 如图6-10(a)，其中感生电动势可用 dt Blv 。 求出为： 运动 ab 段：如图 6-10(b)电子受电力及洛仑兹力分 a、 b 间建立一 别为 Fe eE 、 FL ev B ，平衡后， U a U b ，相当于电源 ba U ba U ab U a U b 。 定电势差，
(1) 是对回路而言。若回路非导体制成，甚至想象 d 的几何曲线回路，此时 仍有意义， dt 也有意义， 但无电流I，试问： ① 感生电动势存在否？ ② 电动势起源于非静电作用，此非静电起源的 作用存在否？ ③ 电压的概念有意义否？
(2) 若对电磁感应定律的认识仅停留于
诸如图6-9中的现象则令人难以理解:
2、涡流的效应 (1)热效应 电流通过导体发热，释放焦耳热。 a、高频感应炉---冶炼； b、涡流损耗---变压器、电机铁芯，制成片状，缩 小涡流范围，减少损耗。
j0
I
0
d

图6-7 图6-8

(2) 机械效应： 电磁阻尼、电磁驱动。
五、趋肤效应 1、概念 导线载流分为 I j ; 直流：截面均匀分布 S 频率越高，电流向表 交流：电流分布趋肤， 面附近集中越明显 趋肤效应。
2、结论
以上实验和其他实验一致表明：回路中磁通发生变 化时，产生 i ，其大小决定于 d 、方向决定于 的 dt 增减。
二、法拉第电磁感应定律
k
d dt
1、定律内容
k为比例系数，在SI制中：k=1 ，定律表成

d dt
2、定律讨论 N匝串联，总电动势
d N d i i dt i 1 dt i 1
R ε
图6-4
例2：均匀磁场 B 中平面回路， v 一边长 良好接触地以匀速 l 运动，求 。
B
x
l
x
图6-5
例3：题意如图6-6。
解： ① 0
② x
x b

I
a b
0
0 I Ia x b adr 0 ln 2r 2 x
N
i
i 1
N
为总磁通，或称为磁链。
若 1 2 N
，则 N ， N
d dt
。
(2) 的大小
d ，并非 dt
。
(3)

的方向
(a) 正向增 (b) 反向增
(c) 正向减 图6-2
(d) 反向减
(a) 0, d 0, (b) (c) (d)
三、楞次定律
作用：判定感应电流的方向。
S
内容：感应电流的效果总是阻碍 引起感应电流的原因。
N
N
↗
意义：能量守恒定律在电磁感 应现象中的体现，其数学形式 即法拉第电磁感应定律中的负 号。
S
图6-3
[计算实例]
B
例1：如图6-4，均匀磁场 B 中， 半径为R的圆回路形变成椭圆， 保持周长一定，判定的 i 方向。
思考 (1)“相对运动”是否就是产生i的唯一方式或原因？ (2) 我们能否将“相对运动”当作产生 i的必然条件而 作为一般方法或结论固定下来呢？ 实验三 通、断小线圈电流。
观察现象得知： (1) 虽无相对运动，但仍有电磁感应现象发生； (2) 相对运动只是产生i的一种方式，并非一般性条件。 (3) 作为一般性结论，回路中产生i的条件是什么？
第五章 电磁感应与暂态过程
§0 引言
§1 电磁感应定律
§2 动生电动势和感生电动势
§3 互感和自感 §4 暂态过程
§0 引言
(1)
时稳场 时变场
(2) 电流具有磁效应，反过来由磁能否来产生电效 应呢？ 电流 磁场
英国科学家M. Faraday历经近十年艰辛探索，通 发生变化时， 过大量实验，指出：当导体回路中磁通量 回路中将出现电流。这一现象称为电磁感应现象。
d 的形式， dt
G N
G
0 均匀
S
G中有电流，但盘中 未变
金属盘转动
永磁体恒 转动，G中有电流 图6-9
圆柱形导电
2、如何深入讨论
综合 变化各情况，归纳如下： (1) B不变 — 导线回路或其上一部分 导体在B中运动切割
d ？ dt
(2) B变化 — 导线回路固定不动，引 起 变化，
x


d 0 Iav 1 1 ( )0 dt 2 x x b
图6-6
方向同参考方向。 ③ 另一类：线圈不动，令 I I 0 sin t
四、涡流的概念及应用 1、涡流
在其内部也会产生感 变化磁场B (t )中的大块金属 应电流。 相对于磁场运动的金属
§1 电磁感应定律
一、电磁感应现象 1、实验现象
100 200
0
100 200
A
G
实验一
插入、拔出磁棒。
观察现象，看到如下事实：
(1) 插、拔时有电磁感应现象发生；
(2) 的大小与相对运动速度有关， i 的方向决定 于是插入还是拔出。i实验二插入、拔 Nhomakorabea载流线圈。
观察现象发现： (1) 仍有电磁感应现象发生； (2)产生 i 并不在乎磁场是由什么激发的 比较以上两实验共同点：有磁极相对运动参与。
d d 0, 0 dt dt d d 0, d 0, 0, 0 dt dt d d 0, d 0, 0, 0 dt dt d d 0, d 0, 0, 0 dt dt
； ； ； 。
2、电流密度分布
j j0 e
d
ds
d s 式中叫做趋肤深度。
ds
2
0
当 ，则 d s 。
3、趋肤效应的说明
4、应用
金属表面淬火。 高频表面电阻增大，可镀银或辫线使电阻 R ， 导线可中空省材料。
§2
动生电动势和感生电动势 引 言
深入研究的必要性。
d d 1、对 B dS dt dt s