《电磁场课件YuTY老师 chapter3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁场课件YuTY老师 chapter3（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 电磁感应 余天佑 自动化科学与工程学院 华南理工大学 电磁场与电磁波 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 主要内容 1法拉第电磁感应定律 2位移电流与麦克斯韦方程组 3磁介质与磁化 4电感与RL RC电路 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 内容 1法拉第电磁感应定律 2位移电流与麦克斯韦方程组 3磁介质与磁化 4电感与RL RC电路 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克
2、斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 法拉第 Figure 1 英国物理学家 化学家 1791 1867 自学成才 仅上过小学 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 电磁感应现象 变化的磁场产生电流 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 楞次定律 楞次定律 闭合导体回路中的感应电流 其流向总是企图使感应电流自己激发的 穿过回路面积的磁通量 能够抵消或补偿引起感应电流的磁通量的增 加或减少 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电
3、路 电磁感应的规律 不管什么原因使穿过闭合导体回路所包围面积内的磁通量发生变 化 增加或减少 回路中都会出现电流 在磁通量增加和减少的两种情况下 回路中感应电流的流向相反 感应电流的大小则取决于穿过回路中的磁通量变化快慢 变化越 快 感应电流越大 反之 就越小 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 法拉第电磁感应定律 E d B dt d dt Z B d S 如果导体回路是由N匝线圈绕制而成的 且穿过每匝线圈的磁通 量均相同 都为 0 则总的磁通量应为N 0 响应的感生电动势 也应为单匝线圈的N倍 负号反映了感应电动势的方向与磁通量变化
4、状况的关系 是楞次 定律的体现 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 感应电动势 磁通量 B R Bcos dS的变化与磁场强度B 曲面S及它们的夹角 的 变化有关 感生电动势 磁场的分布不随时间变化 但回路相对于磁场有运 动 动生电动势 磁场的分布不随时间变化 但回路相对于磁场有运 动 即构成磁通量 B的 S 在变化 而B不变 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 动生电动势 B Blx E d B dt Bl dx dt Blv scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克
5、斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 磁场做功与电磁做功 根据安培力定律有 FB Z IBdl IlB 克服磁场力 拉动杆运动所做功的功率为 PB FB v IlBv 感应电动势做功的功率为 PE EI IlBv scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 旋转矩形线圈的动生电动势 B Bxycos BScos 当矩形线圈以角频率 2 T 转动时 B BScos t E t d B dt BS sin t E0sin t scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 交流发电机原理 scut
6、 png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 交流电 对于多匝线圈 匝数为N时有 E t NBS sin t E0 NBS 相应的交变电流为 I t E t R I0sin t I0 E0 R 交流电标准 北美 中国台湾60Hz110V 中国大陆 欧洲50Hz220V scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 感生电场 I E d l E d B dt Z S d B dt d S scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 静电场与感生电场的比较 sc
7、ut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 涡电流 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 内容 1法拉第电磁感应定律 2位移电流与麦克斯韦方程组 3磁介质与磁化 4电感与RL RC电路 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 位移电流 安培环路定理存在的问题 I l1 B d l 0I I l2 B d l 0 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 位移电流 I0 0 d E dt 0
8、 d dt Z E d S E Q 0 I dQ dt dE dt I R2 0 I B d l 0 I I0 0 I 0 d dt Z E d S 0 0 0 I R2 0 R2 B2 r B 0I 2 r scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 位移电流应用举例 I B d l B2 r 0 0 0 d dt Z E d S 0 0 I R2 0 r2 0I r2 R2 B 0I 2 R2 r scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 麦克斯韦 Figure 2 英国物理学家 1831
9、 1879 主要贡献 提出 涡旋电场 和 位移电流 概念 统一了电场和磁场 给出了描述电磁场普遍规律的方程组 麦克斯韦方程组 预言电磁波的存在 提出光也是电磁波 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 麦克斯韦方程组 1 电场高斯定理 I S E d S 1 0 iqi 2 磁通连续性原理 I S B d S 0 3 法拉第电磁感应定律 I L E d l Z S d B dt d S 4 安培环路定理 I L B d l 0 i Ii 0 Z S d E dt d S scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁
10、化电感与RL RC电路 麦克斯韦方程组 微分形式 E 0 B 0 E B t B 0 J 0 E t scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 内容 1法拉第电磁感应定律 2位移电流与麦克斯韦方程组 3磁介质与磁化 4电感与RL RC电路 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 磁偶极矩 I S 物质之所以显示出宏观磁性 就是因为其内部的分子磁矩呈现有规则 的排列 从而导致宏观磁矩的出现 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 抗磁性
11、对于所有物质 原子中电子的轨道运动 对外部磁场普遍地表现出抗 磁性 diamagnectism 超导体表现出完全的抗磁性 又称为迈斯纳 德国物理学家 1933 效应 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 抗磁质与顺磁质 抗磁质 通常状态下无宏观磁性 在外磁场作用下 每个轨道电 子都将出现与外磁场方向相反的附加磁矩 于是 所有原子或分 子都显示出与外场反向的净磁矩 例如铜 银 锌 铋 铅 氢 氮等 顺磁质 通常状态下无宏观磁性 在外磁场作用下 每个分子磁 矩都将受到力矩而倾向于朝外磁场的方向排列 于是在宏观上显 示出顺磁性 例如镁 锰 铬
12、铂 和空气等 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 铁磁质 磁畴 铁磁质的磁性主要来源于相邻原子之间电子自旋磁矩的强耦合 使这 类物质内存在许多被称为 磁畴 domain 的自发磁化区 在通常温 度下 无外磁场作用时 磁畴热振动的无序性使铁磁质没有表现出宏 观磁性 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 铁磁质 铁介质的磁性特点 当受到外磁场作用时 随着磁场的增强 与磁场方向一致或接近 的磁畴体积扩大 这类物质开始显示出宏观磁性 当外磁场达到一定值时 所有原子或分子磁矩的取向将达到完全
13、 一致 于是进入 饱和磁化 状态 当去掉外磁场时 铁磁质可能会仍具有一定的磁性 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 磁化 B0 XmB0 B B0 B0 1 Xm B0 kmB0 km 1 Xm 通常定义 km 0为磁介质的磁导率 抗磁质 Xm 0 km 0 km 1 铁磁质 磁化强度与磁场强度的关系为非线性关系 km很大 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 介质中的麦克斯韦方程组 电场高斯定理 I S E d S Qfree k 0 Qfree 安培环路定理 I L B d l
14、 km 0 iIi ke 0 Z S d E dt d S iIi Z S d E dt d S scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 内容 1法拉第电磁感应定律 2位移电流与麦克斯韦方程组 3磁介质与磁化 4电感与RL RC电路 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 电感 自感现象 当线圈中的电流发生变化时 它所激发的磁场穿过该线圈自身的磁通 量也随之变化 从而在该线圈自身产生感应电动势的现象 称为自感 现象 这样产生的感应电动势 称之为自感电动势 B LI L为自感系数 E d
15、B dt LdI dt scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 自感系数的计算 B 0IN l B 0IN l r2 LI L r2 N2 l 0 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 RL电路的暂态过程 I E l d B dt LdI dt 开关连接电源时 0 IR U LdI dt U LdI dt IR I Imax 1 e R Lt Imax U R scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 RL电路的暂态过程 开关短接电源
16、时 IR LdI dt 0 I Imaxe R Lt scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 磁场能量密度 电感存储的能量为 Z 0 I2Rdt I2 maxR Z 0 e 2R L t 1 2LI 2 max L r2 N2 l 0 B 0IN l I Bl 0N 1 2LI 2 max 1 2 r 2N 2 l 0 Bl 0N 2 B2 2 0 r2l B2 2 0 V V 为螺线管的体积 得到磁场能量密度为 B B2 2 0 scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 交流电源的RL电路 U U0cos t LdI dt IR U0cos t 0 I U0 pR2 L 2 cos t tan L R scut png 法拉第电磁感应定律位移电流与麦克斯韦方程组磁介质与磁化电感与RL RC电路 RC电路的暂态过程 开关连接电源时 UC IR U0 0 Q C RdQ dt U0 0 Q U0C 1 e t RC I dQ dt U0 R e t RC UC Q C U0 1 e
