《感生电场.互感.自感》由会员分享，可在线阅读，更多相关《感生电场.互感.自感（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,在电磁感应现象的实验中,当电键 K 闭合时,线圈1中要产生感生电流，此电流是产生的原因是什么呢？,12.3.1 感生电动势和感生电场,1. 感生电动势产生的原因-感生电场力,1861年，麦克斯韦（1831-1879）大胆假设 “变化的磁场会产生感生电场” 。,他提出：感生电场 的电力线是闭合的，是 一种非静电场。正是这 种非静电场产生了感生 电动势。,2,按照法拉第电磁感应定律,所以有,现在,由电动势的普遍定义：,设感生电场的电场强度为,感生电场的环流怎么样？通量怎么样？,2.感生电场的性质,3,因为感生电场的电力线是闭合的，,所以对任一封闭面，感生电场的通量为零。,这就是感生电场的通量规
2、律。,（记）,这就是感生电场的环流规律。,涡旋电场永远和磁感应强度矢量的变化连在一起。,感生电场的电力线类似于磁力线，是无头无尾的闭合曲线，呈涡旋状，所以 又称之为涡旋电场。,4, 感生电场以法拉第电磁感应定律 为基础源于法拉第，高于法拉第。,*电子感应加速器(见后面),*涡电流（感应加热炉）, 感生电场假说的检验与应用,时变磁场在空间激发感生电场。,闭合导体回路中空间闭合曲线Ei的环流,5,产生根源,电荷,变化的磁场,环流,非势场,势场,电力线闭合,通量,电力线不闭合,3.感生电场与静电场的比较：,6,（有时需设计一个闭合回路）,4. 感生电动势与感生电场的计算,7,(设0),求:管内外的,
3、 管内：取场点 P，过场点作轴对称圆回路L， 以顺时针为正方向。,例 ： 已知:半径为 R 的长直螺线管内的,8, 管外: 同理，取场点 P,作回路 L,可得,的分布曲线如图所示：,思考：无限长带电柱面，绕轴线以角加速度转动，柱面内外Ei如何分布？,9,例题： 圆形均匀分布的磁场半径为R，磁场随时间,均匀增加，dB/dt=k,在磁场中放置一长为 L 的导体棒，求棒中的感生电动势。,解：补回路法,思考：棒的长度增加一倍，结果如何？,10,例题： 在通有电流为 I = I0 cost 的长直载流,解法一：由法拉第电磁感应定律：,11,解法二：由电动势定义,只能求出回路，无法求出各点Ei,12,思考
4、：若回路从如图位置以v向右运动，结果如何？,13,交变磁场,洛仑兹力提供向心力； 感应电场使电子加速。,在T/4末将电子引离轨道进入靶室。,环形真空室,电子感应加速器,5.感应电场的应用,14,将导体放入变化的磁场中时，由于在变化的磁场周围存在着涡旋的感生电场，感生电场作用在导体内的自由电荷上，使电荷运动，形成涡电流。,高频感应炉的应用,在冶金工业中，某些熔化活泼的稀有金属在高温下容易氧化，将其放在真空环境中的坩埚中，坩埚外绕着通有交流电的线圈，对金属加热，防止氧化。,1.涡电流的应用,13.3.2 涡电流,15,在制造电子管、显像管或激光管时，在做好后要抽气封口，但管子里金属电极上吸附的气体
5、不易很快放出，必须加热到高温才能放出而被抽走,利用涡电流加热的方法，一边加热，一边抽气，然后封口。,电磁炉,在市面上出售的一种加热炊具-电磁炉。这种电磁炉加热时炉体本身并不发热，在炉内有一线圈，当接通交流电时，在炉体周围产生交变的磁场，,当金属容器放在炉上时，在容器上产生涡电流，使容器发热，达到加热食物的目的。,用涡电流加热金属电极,16,由于涡电流在导体中产生热效应，在制造变压器时，就不能把铁心制成实心的，这样在变压器工作时在铁心中产生较大的涡电流，使铁心发热，造成漆包线绝缘性能下降，引发事故。,因此在制作变压器铁心时，用多片硅钢片叠合而成，使导体横截面减小，涡电流也较小。,对于电动机的转子
6、和定子也都是用片状的软磁性材料叠合制成的。,2. 涡电流的危害,17,一个线圈的电流发生变化时， 通过线圈自身的全磁通也会 发生变化，线圈内产生的感 生电动势称为自感电动势。,12.4 自感和互感,在下面的实验中，两并联支路中的电阻与电感的纯电阻相同，当电键 K闭合时，灯泡 1 立刻点亮，而灯泡 2 为渐亮过程。,这是由于电键 K 闭合瞬间，电路中电流发生变化，在线圈 L 中产生自感电动势，阻止支路中的电流变化，电流是渐变的。,12.4.1 自感和自感系数,18,(),若周围无铁磁质，就有,自感在数值上等于线圈中通有单位电流 强度时，通过线圈自身的全磁通的大小。,它取决于线圈的形状、大小、匝数
7、以及 周围磁介质的情况，与电流 i 无关。,L线圈的自感系数，简称自感。,( ),自感电动势,自感在数值上也等于，线圈中有单位电流 变化率时，线圈中产生的自感电动势的大小。,19,可以看出：,若 d i 0 ，则 L 0， 与正方向相反，I感也 与正方向相反，阻碍 电流的变化；,若 d i 0，与正方向相同，I感也 与正方向相同，也阻碍电流的变化；,由,所以自感电动势称为反电动势。,自感系数是电路电磁惯性大小的量度。,20,例: 已知:长直螺线管的 l、 S、 n、,求：自感 L.,【解】 设电流 i,计算思路: 设i B L,自感一般由实验测定；简单情况可以计算。,21,例题 有一同轴电缆，
8、由半径为a和b的同轴长圆筒,组成，电流I由内筒一端流入，经外筒的另一端流出，两筒间充满磁导率为的均匀介质， 求单位长度同轴电缆的自感系数。,解：由安培环路定律可以证明磁场只存在于两筒之间，距轴为r (arb)处的磁感应强度为,由自感的定义，长为h的电缆自感系数为,单位长度电缆自感系数为,22,自感也有不利的一面（大电流拉闸）。,可以证明： 两个线圈的自感与它们的互感之间的关系 为,k- 耦合系数，取决于两个线圈的结构， 相对位置与磁介质的情况。,思考：绕制电阻 如何消除自感？,自感现象的应用：镇流器，扼流圈等。,23,一个回路中的电流变化时，它附近的另一 回路中产生的感生电动势称为互感电动势。
9、,线圈1、2固定不动。假设线圈1 中的电流 i1 随 时间 t 变化，在线圈2中产生的互感电动势为 21。,若周围无铁磁质,则由毕 -萨定律可知:,电流 i1 的磁场B正比于 i1,电流 i1在线圈2中的全磁通 21也正比于i1 , 有,(),12.4.2 互感和互感系数,24,它取决于两线圈的形状、大小、匝数、相对位置 以及周围磁介质的分布情况，它与电流 i1无关。,在数值上等于线圈1有单位 电流时，在线圈2中的全磁通大小。,另,在数值上也等于线圈1中有单位电流强度 变化率时，在线圈2中产生的感应电动势。,称为线圈1对线圈2的互感（系数）,25,在线圈1中产生的互感电动势为 12。 同理有,
10、-线圈2对线圈1的互感（系数）。,若线圈 2中的电流 i2 随时间 t 变化，,26,理论和实验都可以证明,互感通常由实验测定(常根据式)，,互感在简单的情况下可以计算。 计算公式有两个，即()式和()式。,-（*）,-（*）,互感的单位(SI制): 亨利(H),27,例: 长直螺线管上有两个密绕线圈，单位长度上 的匝数为 n1、n2。长直螺线管的体积为 V， 内部充满磁导率为 的磁介质。求两线圈的 互感。,先选定一个线圈 , 设 i B M.,现设i1 B1= n1i1,21=N221=N2B1S,= N2 n1i1S (l / l ),=N2 n1i1S,【解】 互感的计算方法:,28,(
11、与 i1无关),互感也有不利的地方，如打电话窜线。,使两线圈的互感 M 减小的办法之一， 是使两线圈互相垂直。,21 = n2 n1i1 Sl,= n1 n2i1V,21 = N2 n1i1S (l / l ),M = 21 / i1= n1 n2V,互感的应用举例：变压器。,29,例题： 在长直导线旁距 a 放置,一长为 l、宽为 b 的矩形导线框，当矩形导线框内的电流变化率dI/dt=C时，求长直导线内的互感电动势。,解：先求互感系数,30,例题 一长直螺线管,单位长度上的匝数为n，,思考题：,如果螺线管半径为R，圆环套在螺线管外，结果如何？,解：设螺线管中通有电流I，则管内的磁感应强度 B=0nI,通过圆环的磁通量为 =Br2=0 nI r2 由定义得互感系数为,有一半径为r的圆环放在螺线管内，环平面与管轴垂直，求螺线管与圆环的互感系数。,
