产生电动势的矢量表达式

磁感应强度矢量式磁感应强度矢量式是描述磁场强度的数学表达式。

在磁学中，磁场强度是一个向量，它的大小和方向都与磁场有关。

磁感应强度矢量式的形式可以根据不同的情况有所差异，下面将从静态磁场和电磁感应两个方面来介绍磁感应强度矢量式。

一、静态磁场中的磁感应强度矢量式在静态磁场中，磁感应强度矢量式可以用安培环路定理来表示。

安培环路定理是电磁学中的一个基本定律，它描述了磁场的形成和变化规律。

根据安培环路定理，磁场强度的矢量和环路的积分等于环路内电流的代数和。

根据安培环路定理，可以得到磁感应强度矢量式如下：B = μ0 * (H + M)其中，B表示磁感应强度，H表示磁场强度，M表示磁化强度，μ0表示真空中的磁导率。

这个矢量式说明了磁感应强度的大小和方向取决于磁场强度和磁化强度的叠加效应。

在电磁感应中，磁感应强度矢量式可以根据法拉第电磁感应定律来表示。

法拉第电磁感应定律是电磁学中的另一个基本定律，它描述了磁场和电流之间的相互作用。

根据法拉第电磁感应定律，可以得到磁感应强度矢量式如下：E = - dΦ/dt其中，E表示感应电动势，Φ表示磁通量，t表示时间。

这个矢量式说明了磁感应强度的大小和方向取决于磁通量的变化率。

三、磁感应强度矢量式的应用磁感应强度矢量式在物理学和工程学中有着广泛的应用。

在物理学中，磁感应强度矢量式可以用来计算磁场的强度和方向，从而研究磁场的性质和行为。

在工程学中，磁感应强度矢量式可以用来设计和优化磁场设备，如电动机、发电机等。

总结起来，磁感应强度矢量式是描述磁场强度的数学表达式，它可以根据静态磁场和电磁感应两个方面来表示。

在静态磁场中，磁感应强度矢量式可以用安培环路定理来表示；在电磁感应中，磁感应强度矢量式可以根据法拉第电磁感应定律来表示。

磁感应强度矢量式在物理学和工程学中有着广泛的应用，可以用来研究磁场的性质和行为，以及设计和优化磁场设备。

通过对磁感应强度矢量式的研究和应用，可以更加深入地了解磁场的特性，并且为实际工程应用提供理论支持。

L La Lb LC Ld
以电流元为轴, 以电流元为轴,取柱坐 标（ρ 、、z )
z
∫ a dl = ∫ a dl + ∫ a dl + ∫ a dl + ∫ a dl = ∫ a dl = a ( p)dl
Lb
La ⊥ a, Lc ⊥ a, Ld → ∞
只有这一段 积分有贡献
∫ a dl =a ( p)dl = ∫∫ B dl
L La Lb LC Ld
Q
Lb
Ld
= [ Az ( P ) Az (Q)]l = l ∫
求磁通量
ρQ
ρP
0 Il ρ dρ 0 Il ρ Q Bdρ = ∫ρ ρ = 2π ln ρ P 2π
P
一根无限长导线在空间任一两点之间的矢势差
ln Q [ Az ( P) Az (Q)] = 2π ρ+ P ρQ 0 I [ Az ( P) Az (Q)] = 2π ln ρ ＋ P
计算
eR d ( mv ) = dB 2
初始条件：v=0,B=0 对上式求积分得 初始条件： ,B=0 ,B=
eR mv = B 与 eRB R = mv 比较 2
1 BR = B 2
电子感应加速器原则上不受相对论效 应影响， 应影响，但因电子被加速时会辐射能量 而限制其能量进一步提高
z L S
？
计算通过L 计算通过L的通量
场点P和回路L在＝0 场点P和回路L 的平面内 通过 L 的磁感应通量为 ： 通过L 的磁感应通量为：
0 Idl1dl ∞ sin θdρ dΦ B = 4π ∫ρ r2
0
P点坐标 ： ρ 0、、 z 0 0
dρ处的 z ≈ z 0

位移电流密度矢量表达式位移电流密度是一种由变化的电场引起的电流，它在电磁场中具有重要的作用。

本文将介绍位移电流密度的概念、定义及其在电磁学中的应用。

位移电流密度的定义为：电场中的位移电流密度是电场的变化率和电磁感应的关系。

对于静电场而言，电场是由电荷产生的，但在变化的电场中，还有另外一种电流称为位移电流。

位移电流密度记为Jd。

根据欧姆定律，电流密度与电场强度成正比，位移电流密度的表达式可以通过麦克斯韦方程组的推导得出。

在电场中，电场的变化率E随时间的变化率是电磁感应磁场B产生电动势的源头。

根据法拉第电磁感应定律，电动势的改变就是电场随时间变化的结果。

由于位移电流是由变化的电场引起的，所以没有实际的物质载流子参与，即没有电荷的移动。

因此，它是一种纯粹的电流密度，与传导电流密度有所不同。

在自然界中存在着各种各样的电磁场。

当这些电磁场发生变化时，就会产生位移电流密度。

例如，当交流电通过导体时，由于电场的变化，产生位移电流。

根据麦克斯韦方程组，我们可以计算位移电流密度的矢量表达式。

第一个麦克斯韦方程是电场的高斯定律，它描述了电场的源和场表面积分之间的关系。

公式为：∮E·dS = ε0·∮ρdV其中，∮E·dS表示电场方向和场表面积分的点积，ε0是真空介电常数，∮ρdV是电荷密度的体积分。

第二个麦克斯韦方程是电场的法拉第电磁感应定律，它描述了电场的变化率和磁场的关系。

公式为：∮E·dl = -d(∮B·dS)其中，∮E·dl表示电场方向和场环路积分的点积，-d(∮B·dS)表示磁场的变化率和场表面积分的负数。

结合这两个方程，我们可以得到位移电流密度的矢量表达式为：Jd = ε0·dE/dt其中，Jd表示位移电流密度的大小和方向，ε0是真空介电常数，dE/dt是电场随时间的变化率。

位移电流密度的单位是安培/平方米。

它描述了电场的变化率和电磁感应的关系，是电磁学中的重要概念之一。

第十二章 恒定电流一、电流1、载流子：形成电流的带电粒子 在导体内：自由移动的电子在半导体中：电子或空穴 在电解液中：正、负离子气体中：正、负离子，或自由电子。

2、电流导体中存在着大量可以自由运动的带电载流子，这些载流子所带的电荷称为自由电荷。

导体内如果存在电场，这些自由电荷将会在电场作用下作定向流动。

电荷的定向流动形成电流。

3、形成电流的条件：swf: 12-1 电源在导体内要维持一个电场，或者说在导体两端要存在有电势差。

二、电流强度：描述电流强弱的物理量1、定义：单位时间内通过导体任一截面的电量。

0d lim d t q q I t t∆→∆==∆2、说明：①I 是标量，不是矢量。

②规定正电荷流动的方向为电流正方向。

③在SI 制单位： 库仑/ 秒 = 安培常用毫安（m A ）、微安（μA ）④I 的大小和方向不随时间，则称为恒定电流。

三、电流密度矢量 j描述空间不同点电流的大小和方向。

Swf: 12-2电流的传播1、定义：电流密度矢量 的方向为空间某点处正电荷的运动方向，如图12-2所示。

它的大小等于单位时间内该点附近垂直于电荷运动方向的单位截面上所通过的电量。

2、说明： ①电流密度是一个矢量点函数，其方向为该点处正点荷运动的方向，即该点的电dSdI j =图12-1图12-2场强度的方向。

②在SI 制单位： 安培 / 米23、电流与电流密度的关系设某点处电流密度为j ，若截面 s d 的法向方向与电流密度的方向成 θ 角，则θcos jds dI = s d j dI ∙=如图12-3所示。

当已知电流密度的分布时，要求通过某一曲面S 的电流强度，对曲面S 作积分即可。

⎰∙=Ss d j I 通过某一曲面的电流强度是通过该面积的电流密度的通量。

4、电流的连续性方程在有电流分布的空间做一闭合曲面S ，规定其外法线方向为正。

根据电荷守恒定律，某一时间穿出该曲面的电量等于该曲面内电量的减少。

单位时间内由闭合曲面 S 流出的电量为 ⎰⎰⋅ss d j ，故有：dt dq s d j S -=⋅⎰ 电流的连续性方程电流密度矢量的通量等于该面内电荷减少的速率，电流的连续性方程是电荷守恒定律的一种数学表达式。

• 互感系数可正可负，取决于两线圈之间的位置和 电流环绕的正方向
– 一般的，对每个载流线圈，其磁通的正方向规定为和 线圈中电流的正方向成右手螺旋关系。若来自其他线 圈的磁场的正方向与此正向相符，则M>0;反之，M<0
图中标示的 是正方向
Ψ 1
Ψ2
Ψ 1Βιβλιοθήκη Ψ2i1 线圈1 i2 线圈2 M >0
i1 线圈1
电感的充放电过程(1)
• 考虑电阻和电感串联的电路，如图
(1)开关拨向1，开始充电过程（电能转化成线圈的磁场能）
ε
2 1 R L
u L (t ) + u R (t ) = ε iR (t ) = iL (t )
微分方程的解 考虑初条件
ε
R
t
iL (t ) =
di (t ) + R ⋅ i (t ) = ε L dt R − t ε L
线圈2 i2
M <0
互感器的电路方程
• 互感器：用于电路中的互感元件。
– 理想互感器模型：只有自感和互感效应而没 有电阻、电容效应的互感器。只考虑互感器 中线圈之间的互感，而不考虑电路其他部分 对互感器的电磁感应。
• 在电路中，互感器是四端元件，其电路 方程为
i1
u1
L1
L2
i2
u2
di2 (t ) di1 (t ) +M u1 (t ) = L1 dt dt di1 (t ) di2 (t ) +M u 2 (t ) = L2 dt dt
ε
R
ε
R
e
−
t
τ
u L (t ) = −ε e
u L (t )

nabla算子与电流乘积导论：在电磁学中，我们经常会遇到电流分布的问题。

为了描述电流的分布情况，我们可以使用矢量微积分的工具——nabla算子。

本文将介绍nabla算子与电流乘积的概念及其应用。

一、nabla算子的定义nabla算子是一个矢量算子，用符号∇表示。

它在直角坐标系中的表达式为∇=∂/∂x i +∂/∂y j+∂/∂z k，其中∂/∂x、∂/∂y和∂/∂z分别表示对x、y和z的偏导数，i、j和k是单位矢量。

nabla算子作用于一个标量函数时，得到该函数的梯度；作用于一个矢量函数时，得到该函数的旋度。

二、电流分布的描述电流是电荷随时间的变化率，可以用标量或矢量形式描述。

当电流的分布不均匀时，我们需要使用矢量形式来描述电流的大小和方向。

电流分布可以用电流密度矢量J来表示，即J=ρv，其中ρ是电荷密度，v是电荷的流动速度。

三、nabla算子与电流乘积的物理意义将nabla算子与电流密度矢量J进行乘积运算，得到的结果是一个矢量。

这个矢量描述了电流密度在空间中的分布情况。

具体来说，nabla算子与电流密度矢量的点乘运算（∇·J）表示了电流密度的发散，而nabla算子与电流密度矢量的叉乘运算（∇×J）表示了电流密度的旋度。

1. 电流密度的发散电流密度的发散描述了电流流向空间中的流入和流出情况。

当电流密度的发散为正时，表示有电流从该点流出；当电流密度的发散为负时，表示有电流流入该点；当电流密度的发散为零时，表示该点没有电流流入或流出。

2. 电流密度的旋度电流密度的旋度描述了电流在空间中的环流情况。

当电流密度的旋度为零时，表示电流在空间中没有形成环流；当电流密度的旋度不为零时，表示电流在空间中形成了环流。

四、nabla算子与电流乘积的应用nabla算子与电流乘积在电磁学中有着广泛的应用。

以下是一些常见的应用场景：1. 安培环路定理的推导安培环路定理描述了磁场沿闭合回路的环绕情况。

通过将nabla算子与电流密度矢量的叉乘运算应用于安培环路定理的积分形式，可以推导出安培环路定理的微分形式。

动生电动势公式的推导及产生的机理摘要：在本文中，应用导数的知识推导出动生电动势在各种特殊情况下的表达形式，并进一步探究了动生电动势产生的机理。

揭示了产生动生电动势的实质是运动电荷在磁场中受到洛伦磁力的结果。

关键词：电磁感应定律；动生电动势；洛伦磁力法拉第电磁感应定律告诉我们，只要通过回路所围面积中的磁通量发生变化，回路中就会产生感应电动势。

由公式s B dSφ=⎰⎰可知，使磁通量发生变化的方法是多种多样的，但从本质上讲，可归纳为两类：一类是磁场保持不变，导体回路或导体在磁场中的运动；另一类是导体回路不动，磁场发生变化。

前者产生的感应电动势称为动生电动势，后者产生的电动势为感生电动势。

在本文中，主要对动生电动势公式的推导及其产生的机理作浅显的阐释。

一、动生电动势在各种特殊情况下的表达形式在磁场保持不变的情况下，由于导体回路或导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势（一）、在磁场中运动的导线内的动生电动势例1，如图1所示，一个由导线做成的回路ABCDA，其中长度为l的导线段AB在磁感应强度为B的匀强磁场中以速度V向右作匀速直线运动，AB、V和B 三者相互垂直，求运动导线AB段上产生的动生电动势。

解析：由题意可知，导线AB 、V 和B 三者相互垂直。

若在dt 时间内，导线AB 移动的距离为dx ，如右图所示，则在这段时间内回路面积的增量为dS ldx =。

如果选取回路面积矢量的方向垂直纸面向里，则通过回路所围面积磁通量的增量为：d ΦB S Bldx ==根据法拉第电磁感应定律知，导线AB 内所产生的感应电动势为[1]d Φε dt=- 其中，负号代表感应电动势的方向。

所以，在运动导线AB 段上产生的动生电动势的表达式为dx εBlv dtBl =-=-即运动导线AB 段上产生的动生电动势的大小为：Blv ，方向：B A →.例2、如图2所示，在方向垂直纸面向内的均匀磁场 B 中，一长为 l 的导体棒OA 绕其一端 O 点为轴，以角速度大小为ω逆时针转动，求导体棒OA 上所产生的动生电动势。

一.问题的提出电流是电荷的定向流淌,而静止或活动都是相对于特定的参考系而言的.很天然地可以想到,若在一个参考系S 中静止的电荷,在S 系中不雅察只消失电场,在相对于S 系匀速活动的S'系中不雅察则同时消失电场和磁场;同样,在S 系中静止的两个电荷间只消失静电力,而在S'系中这两个电荷间不但消失电的互相感化,还消失磁的互相感化.经典电磁学中感应电动势分为感生和动生两种,只具有相对意义.例如一个磁铁和一个线圈,当磁铁静止.线圈活动时,因线圈切割磁感应线而在个中产活泼生电动势,此电动势是由磁场产生的洛伦兹力引起的;若线圈静止.磁铁活动时,线圈中因磁通量变更而产生感生电动势,此电动势是由涡旋电场引起的.上述两种情况是统一物理进程在两个不合参考系中不雅察的成果,得到不合的描写,这个问题也恰是1905年爱因斯坦创立狭义相对论的那篇论文《论动体的电动力学》中一开端就提出的.物理现象不该随参考系而异.在不合参考系中,电磁纪律的情势为何不合？已树立的电磁纪律是相对于哪个参考系的？不合参考系中得到的电磁纪律之间有什么互相关系？电磁学中,无论速度何等低,伽利略变更都不再实用,解决这些问题要靠相对论.二.相对论力学的相干结论1.洛伦兹变换设有两个惯性系S 系和S'系,其对应的坐标轴互相平行,S'系相对S 系以速度V 沿x 轴正偏向活动,在t=t'=0时刻两个参考系的原点重合.把时光写成虚变量w=ict,以(x,y,z,w)为闵可夫斯基空间中的时空四矢量,洛伦兹变换为式中i 为虚数单位,c V=β,211βγ-=,c 为真空中的光速.若(A x ,A y ,A z ,A t )与(x,y,z,w)一样地屈服洛伦兹变换,即则它也是个时空四矢量.2.四维速度相对于粒子静止的时钟所显示的时光距离d τ=γdt 称为它的固有时,固有时是洛伦兹变换中的不变量.四维速度(u x ,u y ,u z ,u t )界说为 四维速度是时空四矢量,它仍屈服洛伦兹变换3.四维动量四维动量是由三维动量()z y x p p p p ,,= 和能量W 构成的四维矢量m0为静质量m 0为静质量.四维动量是时空四矢量,它仍屈服洛伦兹变换三.电荷不变性与洛伦兹力公式的协变性在参考系变换时,物理量一般是变更的,纪律的协变性请求纪律中的物理量协同变换,而保持纪律的情势不变.很多事实标明,一个物体中的总电荷量不因物体的活动而转变.例如试验测定速度为v 的带电粒子的荷质比知足而质量随速度变更的相对论公式为比较这两个公式,暗示着带电体的电量q 不随活动速度而转变.又例如质子所带的正电量与电子所带的负电量准确相等.因为物体活动时,在其活动偏向上长度将压缩,物体的体积也将压缩,故带电体的电荷密度不是不变量.若在某一参考系中不雅察到一个静止的带电体的电荷密度为ρ,在另一参考系中不雅察到带电体的活动速度为u,其电荷密度为ρ',则ρ'=γρ.相对性道理请求电磁学的根本方程在洛伦兹变换下要具有协变性.经典电磁学中的洛伦兹力公式B v q F ⨯=只包含磁场力,不成能具有协变性,广泛的洛伦兹力公式应包含电场力,即这里的电场既包含库仑场,也包含涡旋场.四.电磁场的相对论变换公式在相对论力学中四维动量是时空四矢量,屈服洛伦兹变更;但它对时光t 的导数即由力的三个分量(f x ,f y ,f z )和功率P 的组合其实不构成时空四矢量.若把dt 换成固有时距离d τ,或者说在上述四个量上乘以τd d t 就变成屈服洛伦兹变换的时空四矢量电磁学中电荷q 受到的洛伦兹力和功率为 乘以τd d t,得依据洛伦兹变换下的协变性请求,从惯性系S 变换到惯性系S',上式应当具有的情势为应用S 系到S'系的洛伦兹变换,有把上式中的u x .u y .u z .u t 作洛伦兹反变换,化简后得到因为上式对随意率性速度都成立,令个中u't .u'y .u'z 的系数与⎪⎭⎫ ⎝⎛''-''+''-='y z z y x t x B u B u E u c i q F 中u't .u'y .u'z 的系数对应相等,得到同样的办法应用到其他分量,得到电磁场的洛伦兹变换公式为五.活动的点电荷的电场斟酌一个电量为q 的点电荷静止于S'系的原点,它在所产生的电场为其分量为式中()()()222z y x r '+'+'='.S'系中不消失磁场,即现设参考系S'系相对S 系以速度v 沿x 轴正偏向活动,两个参考系对应的比较澳洲互相平行且在t=t'=0时刻两个参考系原点重合,则S 系中的电场E 就是所求的活动的点电荷的电场.应用洛伦兹变换公式,得斟酌t=0时刻,有 也就是说,电场强度E 与坐标轴之间的夹角等于径矢与坐标轴之间的夹角,或者说电场强度E 的偏向沿着以点电荷的瞬时地位为起点的径矢偏向.斟酌电场强度大小的散布故此成果标明,活动的点电荷的电场强度的大小除了与r 2成反比外,还依附于径矢与活动偏向之间的夹角θ以及电荷的活动速度v,电场强度的大小不是各向平均的.跟着电荷的活动,电场强度的这种散布以统一速度向前活动.当点电荷速度v 较小,β<<1而可疏忽时,电场近似为库仑场.电荷的速度越大,电场线在yOz 平面邻近的密集越高,在β→1的极限情况下,极强的电场局限在yOz 平面内,活动电荷携带如许的电场高速活动.六.活动的点电荷的磁场依据电磁场的洛伦兹变换公式,可得点电荷匀速活动时空间的磁感应强度为写成矢量表达式为该式标明,点电荷匀速活动时,空间的磁场也是随时光变更的,它老是垂直于速度矢量和电场矢量所决议的平面.磁感应线是一些以电荷活动轨迹为轴的齐心圆.在t=0时刻点电荷恰利益于S 系原点时,磁感应强度的大小为电场与磁场是互相接洽的,真空介电常数ε0与真空磁导率μ0之间的关系为于是与电场线的散布对应,磁感应线也在yOz 平面邻近较为密集.电荷的速度越大,磁感应线在yOz 平面邻近的密集程度越高.跟着电荷的活动,磁感应强度的这种散布以统一速度向前活动.当电荷活动速度较小,β<<1而可疏忽时,磁感应强度的散布为 写成矢量表达式为 这就是低速情况下匀速活动的点电荷产生的磁场的公式.作l I v q d ⋅=⋅的代换,可过渡到电流元产生的磁场的公式是以,毕奥-萨伐尔定律是低速下的近似公式.不过若求闭合回路的磁场,对全部回路积分后,所得成果与严厉的公式一致.电荷的速度越大,磁感应线在yOz 平面邻近的密集越高,在β→1的极限情况下,极强的磁场局限在yOz 平面内,活动电荷携带如许的电场高速活动.。

高中物理中关于感应电动势的计算公式有两个：E=△φ/△t和E= BLvsinθ。

对于这两个公式的真正物理含义及适用范围，有些学生模糊不清。

现就这一知识点做如下阐述。

（一）关于E=△φ/△t严格地说，E=△φ/△t不能确切反映法拉第电磁感应定律的物理含义。

教材中关于法拉第电磁感应定律是这样阐述的：电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

而表达式△φ/△t所表示的物理意义应为：磁通变化量与发生此变化所用时间的比值，这与磁通变化率是不能等同的，只有在△t →0时，△φ/△t的物理意义才是磁通量的变化率。

由于中学阶段没有涉及微积分，故教材用E=△φ/△t 来表示法拉第电磁感应定律是完全可以的。

但必须清楚：用公式E=△φ/△t求得的感应电动势只能是一个平均值，而不是瞬时值。

因为△和△t 都是某一时间段内的对应量而不是某一时刻的对应量，所以直接用此公式求得的E为△t时间内产生的感应电动势的平均值。

（二）关于E=BLvsinθ公式E=BLvsinθ是由公式E=Δφ/Δt推导而来。

此公式适用于导体在匀强磁场中切割磁力线而产生感应电动势的情况，实质是由于导体的相对磁力线运动（切割磁力线），使回路所围面积发生变化，使得通过回路的磁通量发生变化从而产生感应电动势。

可以认为公式E=BLvsinθ 所表示的物理意义是法拉第电磁感应定律的一种特殊情况。

用此公式求得的E可为平均值也可为瞬时值：若v为某时间段内的平均速度，则求得的E为相应时间段内的平均感应电动势；若v为某时刻的瞬时速度，则求得的E为相应时刻的瞬时感应电动势。

一般用此公式来计算瞬时感应电动势。

（三）例题分析如图1，两根平行金属导轨固定在水平桌面上，每根导轨每米的电阻为r, 导轨的端点P、Q用电阻可忽略的导线相连，两道轨间距为L。

有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面，已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt ( k为常数，且k＞0)，一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动，在滑动过程中保持与导轨垂直。

法拉第电磁感应定律的数学推导法拉第电磁感应定律是电磁学中的一项重要定律，它描述了磁场变化引起的感应电动势的大小与方向。

这个定律的数学推导基于麦克斯韦方程组和法拉第定律，通过一系列的推导过程，我们可以得到法拉第电磁感应定律的数学表达式。

首先，我们回顾一下法拉第定律。

法拉第定律指出，当一个导体中的磁通量发生变化时，该导体中将会产生感应电动势。

这个感应电动势的大小与磁通量变化的速率成正比。

根据法拉第定律，我们可以得到以下表达式：ε = -dΦ/dt其中，ε表示感应电动势，Φ表示磁通量，dt表示时间的微小变化量。

这个负号表示感应电动势与磁通量的变化方向相反。

在进一步推导法拉第电磁感应定律之前，我们需要了解一下磁场的基本性质。

磁场可以由一个矢量场B来描述，它的大小和方向表示了磁场的强度和方向。

根据麦克斯韦方程组中的法拉第定律，我们可以得到磁场的另一个基本性质：磁场的旋度为零。

这意味着在任何一个封闭曲面上，磁场的环流为零。

数学上可以表示为：∮B·dl = 0其中，∮表示对曲面上的环路进行积分，B·dl表示磁场与环路的矢量积的点积。

这个方程表明磁场的环路积分为零。

现在，我们开始推导法拉第电磁感应定律的数学表达式。

假设有一个导体线圈，它的边界为C，面积为S。

当磁场的磁通量Φ通过导体线圈发生变化时，根据法拉第定律，该导体线圈中将会产生感应电动势。

我们可以通过对感应电动势的积分来得到总的感应电动势。

根据斯托克斯定理，我们可以将对感应电动势的积分转化为对磁场的环路积分。

根据麦克斯韦方程组中的法拉第定律和磁场的旋度为零的性质，我们可以得到以下表达式：∮E·dl = -dΦ/dt其中，E表示电场，dl表示环路上的微小位移。

根据电场的环路积分等于电场在环路上的电势降的性质，我们可以将上式进一步转化为：∮E·dl = -ΔV其中，ΔV表示电势降的变化量。

将上述两个等式联立，我们可以得到：-ΔV = -dΦ/dt通过移项，我们可以得到法拉第电磁感应定律的数学表达式：ΔV = dΦ/dt这个表达式表示了感应电动势与磁通量变化的关系。

1.交流绕组的磁动势图1图2 图3从图中可以看出三相电流产生的总的磁场是随着转子的旋转而旋转的，设转子开始的位置就是A 相的轴线位置，也就是0α︒=时，此时a F 在轴线+A 轴上，当转子逆时针转动1α角时，a F 也转动1α角，这样最大的磁动势线就对应在1α，1α也就是t ω。

值得注意的是，上面的图是三相电流合成之后的磁动势，而对于每一相电流，他们产生的基波磁动势的表达式是11cos cos cos cos k k k f N I t F t ωαωα==，这个式子可以傅里叶变换为：'''1111111cos()cos()22k k k k k f F t F t f f αωαω=-++=+，可以发现，一个脉振磁动势可以分解为两个极对数和波长与脉振波完全一样，类比上面的合成磁动势，这里的cos()t αω-可以看成是振幅为112k F 的磁动势沿着逆时针转动，也就是转子的转动方向旋转，并且旋转的角速度为d d tdt dtαωω==，也就是说，这个行波是电角速度为ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。

另外，cos()t αω+部分可以看成振幅为112k F 的磁动势沿着顺时针转动，这个行波是电角速度为-ω，大小与转子转动的电角速度相等，也就是线圈中电流的电角速度相等。

这些都是电枢绕组上的电枢电流所产生的磁动势特征，分别通过对总的电枢磁动势a F 的旋转方向来过渡到单相电流产生的磁动势，由于转子是逆时针方向转动，所以电动势是逆时针转动，导致电枢电流逆时针转动，然后就有了a F 逆时针转动，可以形象的通过上面的图3看出随着α而转动。

1cos()f F αα=-2.图示说明分布、短距绕组的物理意义两槽单线圈磁场空间分布为矩形波，所以含有大量的谐波在里面，那么产生的电动势也就有大量的谐波。

图4 两槽单线圈磁力线分布6槽三相电机磁场空间分布为阶梯波，所以也含有大量的谐波。

动生电动势产生过程中的能量转换
一导体棒在平行导轨上滑动，并与导轨形成回路，匀强磁场B垂直与回路平面。

现以恒定外力向右拉动导体棒，棒上产生动生电动势，在回路中出现感应电流。

感应电流在磁场中又受到向左的安培力，阻碍导体棒向右运动。

当安培力增大到与外力相平衡时，导体棒开始以匀速v运动。

此时回路中的感应电流也达到稳定值，载流子在导体棒中将以稳定的漂移速度u相对于导体棒作定向运动。

因此在平衡时，导体棒中的载流子参与两个运动：随导体棒以速度v 平动和沿导体棒以速度u漂移。

设载流子电量为q，则载流子受到洛仑兹力
洛仑兹力对载流子的功率为
上式右边第一项是产生动生电动势的非静电力的功率，因u与qv×B 同方向，此项大于零，故非静电力做正功；第二项是宏观上表现为安培力的分力的功率，因v与qu×B反方向，此项小于零，故安培力做负功。

由矢量混合积公式可知
将上式应用到(16.2.5) 式，可得洛仑兹力对载流子的功率为零，这表明非静电力做的正功和安培力做的负功两者大小相等，正好抵消。

洛仑兹力对载流子（运动电荷）不做功，即洛仑兹力并不提供能量，
只是传递能量。

在这里，外力克服洛仑兹力的一个分量qu×B所做的功，通过另一个分量qv×B转换为感应电流的能量。

这实质上表示能量的转换和守恒。

根据以上分析，我们发现动生电动势产生过程中的能量转换关系：
外力做正功输入机械能，安培力做负功吸收了它，同时感应电流以电能的形式在回路中输出这份能量。

发电机的工作原理就是靠洛仑兹力将机械能转换为电能。

时空与质点运动内容纲要位矢：k t z j t y i t x t r r)()()()(位移：k z j y i x t r t t r r)()(一般情况，r r速度：k z jy i x k dtdz j dtdy i dt dx dt r d t r t•••0lim加速度：k z j y i x k dtz d j dt y d i dt x d dtr d dt d t a t•••••• 222222220lim圆周运动角速度：•dtd角加速度：•• 22dtd dt d （或用 表示角加速度） 线加速度：t n a a a法向加速度：22R Ra n 指向圆心切向加速度：R dtd a t沿切线方向 线速率： R弧长： R s伽利略速度变换：u （或者CB AC AB参考矢量运算法则）解题参考大学物理是对中学物理的加深和拓展。

本章对质点运动的描述相对于中学时更强调其瞬时性、相对性和矢量性，特别是处理问题时微积分的引入，使问题的讨论在空间和时间上更具普遍性。

对于本章习题的解答应注意对基本概念和数学方法的掌握。

矢量的引入使得对物理量的表述更科学和简洁。

注意位矢、位移、速度和加速度定义式的矢量性，清楚圆周运动角位移、角速度和角加速度方向的规定。

微积分的应用是难点，应掌握运用微积分解题。

这种题型分为两大类，一种是从运动方程出发，通过微分的转换，掌握先分离变量后积分的数学方法。

内容提要牛顿运动定律：第一定律惯性和力的概念，常矢量第二定律dtp d Fm pm 为常量时a m dtd m F第三定律2112F F质心：一个物体或物体系的质心就是可以看作所有的质量集中点和所有外力的作用点的特殊点。

常见力：重力 mg P 弹簧力 kx F摩擦力 N f 滑动摩擦N f s 静摩擦惯性力：为使用牛顿定律而在非惯性系中引入的假想力，由参照系的加速运动引起。

平动加速参照系 0a m F i转动参照系 r m F i 2解题参考牛顿运动定律是个整体，只在惯性系中适用。

目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)引言 (2)1．感应电动势的两种表达式 (2)1.1感应电动势的第一种表达式——通量法则 (2)1.2感应电动势的另一种表达式 (2)2．两种表达式的一致性 (3)3．通量法则的例外情形 (5)4．矛盾如何消除，矛盾能否消除 (6)5．两种表达式之间的关系 (8)结束语 (10)参考文献 (11)感应电动势的两种表达式及其关系王军伟指导老师：张献图职称：教授摘要：本文分别对感应电动势的两种表示法进行分析、讨论，说明其一致性，并用实例验证。

通过举例可验证在一般情况下，感应电动势的两种表示法是一致的。

但也存在例外，即处在变化的磁场中并且不能够构成闭合回路时，就会导致感应电动势的两种表示法不一致。

关键词：感应电动势；动生电动势和感生电动势；通量法则；回路构成法Abstract：This paper will discuss and analyze the two representations of induction electromotive force. At the same time, this paper will prove its consistency through the formula by using examples. Under normal circumstances, it can be proved through discussion and taking example that the two representations of induction electromotive force are the same. Closing circuit on the time, it will lead to the two representations of induction electromotive force inconsistent. That is not the constant magnetic field and can not constitute a closed circuit there were exceptions.Key words：Induction electromotive force; Motional electromotive force and induced electromotive force; Flux principle; Return circuit rule.引言感应电动有两种表达式。

13.1 同步发电机的空载运行空载运行：同步发电机电枢绕组开路，由原动机拖动以额定转速（同步转速）旋转，励磁绕组中通入励磁电流。

气隙中产生磁场，电枢绕组切割气隙磁场，产生对称的三相电动势E0，称为空载电动势。

y 用空间矢量F f1表示基波励磁磁动势，矢量的长度等12π60n p ω=基波气隙磁通密度z隐极同步发电机产生的正弦分布的气隙磁通密基波励磁磁动势Ff1表示。

度波，可用空间矢量B基波气隙磁通密度z凸极同步发电机y气隙不均匀，即使不饱和，基波励磁磁动势产生的气隙磁通密度波也是非正弦分布的。

y对非正弦分布的气隙磁通密度波进行分解，得到基波和谐波y不考虑磁滞和涡流损耗时，基波气隙磁通密度B0与基波励磁磁动势F的空间相位相同。

f1一相绕组的基波感应电动势y气隙磁通密度与电枢绕组有相对运动，在一相电枢绕组中感应电动势。

y在空间正弦分布的基波气隙磁通密度，感应在时间上正弦变化的基波电动势。

y基波电动势可用时间相量表示。

一相绕组的基波感应电动势y 基波电动势（空载电动势）相量000,0,90t ωαϕ===−o 时0E &0090ϕα=−o空载特性实际应用中，需要知道通入一定的励磁电流，可以产生多大的电动势，是否能够满足需要？y可通过电机设计计算或者空载试验得到空载特性E0＝f(If)。

y空载特性反映了空载电动势E0与励磁电流If 或励磁磁动势Ff之间的关系。

空载特性因铁心有饱和特性，故空载特性为非线性曲线。

y纵坐标为一相空载电动；势的有效值Ey横坐标为实际的励磁电，或者实际的励磁流If（不是基波励磁动势Ff）。

磁磁动势Ff1空载特性反映了磁动势产生磁场，在定子绕组中感应电动势的能力。

13.2 对称负载时的电枢反应电枢绕组带上三相对称负载时，其中流过三相对称电流。

三相对称电流产生基波电枢磁动势，与基波励磁磁动势相互作用，合成得到总的气隙磁动势。

基波电枢磁动势对基波励磁磁动势的影响，称为电枢反应。