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1、第七章 磁场与电磁感应7-1 磁场 磁感应强度7-2 磁场对运动电荷的作用力 7-3 磁场对载流导线的作用 7-4 物质的磁性7-5 电磁感应 7-6 电磁场理论Medical induction coil from the eighteenth century. This quack device was used to give a patient therapeutic electric shocks. At the time, these were believed to cure a number of ailments. 第七章 磁场与电磁感应7-5 电磁感应 ( Electrom
2、agnetic induction )Michael Faraday (1791-1867), British chemist and physicist. Faradays major work was in the areas of magnetism and electricity, where he suggested the concepts of electric and magnetic fields. He did early work on the electric motor (1821), and induction, transformers and the dynam
3、o (all 1831). He also gave lectures at the Royal Institution, London, that popularized science with the public. 第七章 磁场与电磁感应Induced current. Two students preparing apparatus for inducing current in a coil. They are about to drop a magnet through the coil. An oscilloscope attached to this will measure
4、 the changes in current. Electricity is generated, or induced, when a wire moves through a magnetic field. This principle is exploited in electricity generators, which spin a coil between magnets to convert rotary motion into electrical energy. 第七章 磁场与电磁感应+ + + +- - - -Ua Ub电源及其电动势电源及其电动势仅有静电场力不能维持稳
5、恒 电流.要维持稳恒电流,除静电 力之外还必须存在非静电场力.v 电源外部靠静电力作用使电荷运动.v 电源内部靠非静电力克服静电力作用使电荷运 动.v 电源:提供非静电力的装置电源 FkIEE电池 化学作用发电机 电磁感应光电池 光电效应第七章 磁场与电磁感应+ + + +- - - -Ua Ub电源 FkIEEv 电动势的定义: 单位正电荷 从电源负极经过电源内部移到电 源正极时,非静电力作的功v 电源的电动势由电源的性质 决定,与外电路的性质及其是否 接通没有关系,它反映电源内非 静电力作功的本领.v 电动势是标量,但有方向.规定 从负极板指向正极板为电动势的 正方向.单位:伏特(V)符号
6、:第七章 磁场与电磁感应当穿过闭合回路所围面积的磁通量发生变化时 , 回路中会出现电流，这种现象称为电磁感应.感应电流感应电动势 (Induction electromotive force) 正比 于磁通量对时间变化 率的负值.7.5.1 电磁感应定律负号：感应电动势的方向总是反抗引起感应电动势的磁通量变化.第七章 磁场与电磁感应感应电动势的方向 标量1. 磁铁向上运动2. 磁铁向下运动NS正方向讨论第七章 磁场与电磁感应闭合回路由N 匝密绕线圈组成 仅适用于单匝导线构成的回路总通量：每匝线圈 通量相同 磁通匝链数 （磁链）Induction motor 第七章 磁场与电磁感应改变磁通量的途
7、径 产生感生电动势的非静 电场力-感生电场力产生动生电动势的非 静电场力-洛伦兹力2. 感生电动势: 导体不动, 磁场变化1. 动生电动势: 稳恒磁场中的导体运动, 或者回路面积变化、取向变化等第七章 磁场与电磁感应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 .麦克斯韦假设第七章 磁场与电磁感应(2) 静电场是保守场(1) 和 均对电荷有力的作用 .感生电场 静电场静电场由电荷产生; 感生电场是由变化的磁场产生.(3) 感生电场是非保守场.总电场的 环路定理(4) 来源：第七章 磁场与电磁感应 7.5.2 自感 (self-induction)第七章 磁场与电磁感应通过回路自身
8、的磁链 自感 L 取决于回路的几何性质(大小、形状和匝数) 及其中的磁介质的性质 单位：亨利(H) 1 H = 1 s 自感电动势 当自感 L 不随时间变化当通过导体回路的电流发生变化时，该电流激发的磁场也 随之变化，使通过回路自身的磁链也发生变化，进而使回路自 身产生感应电动势，这就是自感现象.7.5.2 自感 (self-induction)第七章 磁场与电磁感应 例7 计算长直螺线管的自感. 设管长为L, 横截面积 为S, 单位长度上的匝数为n, 管中充满磁导率为的 磁介质.解: 磁链螺线管的自感 V为螺线管的体积 通过回路自身的磁链 磁感应强度的大小H 的安培环路定理第七章 磁场与电磁
9、感应7.5.3 RL电路uCtO0.63iOtKiRCRC 电路时间常数第七章 磁场与电磁感应7.5.3 RL电路(1) 接通电路(开关K扳向 1)2RL1K接通电路瞬间（ ）, 电流线圈L产生的自感电动势第七章 磁场与电磁感应时间常数 = L / RI0= / R I I00.63I0Ot2RL1K第七章 磁场与电磁感应(2) 断开电路(开关K扳向2)0.37I0I I0Ot2RL1K接通电路瞬间（ ）,电流第七章 磁场与电磁感应 7.5.4 磁场的能量mR电源提供 的能量电源反抗自感 电动势作的功消耗在电阻上 的焦耳热两边同乘 后积分储存在线圈中 的磁场能量第七章 磁场与电磁感应自感为 L
10、 的线圈在通有稳定电流 I 时的磁场能量为磁场能量密度磁场能量第七章 磁场与电磁感应 例7-8：同轴电缆中金属芯线的半径为 ，共轴金属圆 筒的半径为 ，中间充以磁介质（磁导率为 ）,现将 芯线和圆筒分别和电池两极相接，若金属芯线内的磁 场可略去，求此同轴电缆芯线与圆筒间单位长度上的 磁能和自感.解H 的安培环路定理第七章 磁场与电磁感应单位长度壳层体积第七章 磁场与电磁感应磁场高斯定理磁场环路定理电场环路定理电场高斯定理7-6 电磁场理论稳恒磁场 中的安培 环路定理 的局限性麦 克 斯 韦 方 程第七章 磁场与电磁感应无线电波可见光红外线紫外光X射线射线电 磁 波 谱770nm350nm可见光
11、红外线 紫外线射 线长波无线电波短波无线电波频率波长X射线第七章 磁场与电磁感应 小结 1. 电磁感应定律2. 自感感应电动势总电场的环路定理RL电路磁场能量密度第七章 磁场与电磁感应 7-4：两平行直导线相距 , 每根导线再有 电流 .求: (2) 通过图中所示的斜线所 示面积的磁通量. （ ）dxOxx第七章 磁场与电磁感应 作业 P206：7-9，7-11，7-13中国科普博览 http:/ 万物之理 磁学馆检验医学信息网 http:/网上资源库第七章 磁场与电磁感应1. 磁场对运动电荷的作用力2. 磁场对载流导线的作用力安培力平面载流线圈在均匀磁场中受到的磁力矩洛仑兹力霍耳效应霍耳电压
12、磁偶极矩回顾第七章 磁场与电磁感应 回顾辅助量：磁场强度 H (magnetic field intensity) 单位: Am-13. 磁介质中的安培环路定理实验发现：对于各向同性的磁介质,有 第七章 磁场与电磁感应稳恒磁场中的安培环路定理的局限性S2L+Q-Q+ + + +- - - -IS 为以 L 为边 界的任意曲面S1第七章 磁场与电磁感应对于曲面S2电场中某一点位移电流等于该点电位移通量对时 间的变化率.麦克斯韦假设: 位移电流S2L+Q-Q+ + + +- - - -I第七章 磁场与电磁感应 全电流安培环路定理v全电流 (I+Id) 是连续的v位移电流和传导电流一样激发磁场v传导
13、电流产生焦耳热,位移电流不产生焦耳热位移电流和传导电流的对比第七章 磁场与电磁感应Ruhmkorff induction coil, 19th century artwork. This electro- magnetic induction coil was invented in 1851, by the German engineer Heinrich Daniel Ruhmkorff. When connected to sparking electrodes in an evacuated chamber (centre left), the coil could produce high- voltage electrical sparks over a 30 -centimetre-wide gap. The technology was used in the first radio transmitters and in the Crookes and Geissler tubes. A later version was developed into the first alternating-current transformer.
