《大学物理课件：第四章 电磁感应》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理课件：第四章 电磁感应（123页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第四章第四章 电磁感应电磁感应 电生磁，磁生电否？法国菲涅耳提出：电流可以使电生磁，磁生电否？法国菲涅耳提出：电流可以使铁棒磁化，那么磁铁可否在线圈中引起电流？许多人铁棒磁化，那么磁铁可否在线圈中引起电流？许多人做了这方面实验，都无结果。做了这方面实验，都无结果。 1831年，英国法拉第得到了磁生电的结果，发现了年，英国法拉第得到了磁生电的结果，发现了电磁感应定律。该发现具有划时代的意义，标志人类电磁感应定律。该发现具有划时代的意义，标志人类进入电气化时代。发电机、变压器等许多电气设备都进入电气化时代。发电机、变压器等许多电气设备都基于法拉第的发现。基于法拉第的发现。 电磁感应定律是麦克斯韦
2、电磁理论的基本组成部电磁感应定律是麦克斯韦电磁理论的基本组成部分。麦克斯韦电磁理论是物理学史上的一场革命，它分。麦克斯韦电磁理论是物理学史上的一场革命，它预言了电磁波的存在，得到了电磁波速度是光速的结预言了电磁波的存在，得到了电磁波速度是光速的结论。论。 这一理论统一了光学和电磁学（光学是分支），这一理论统一了光学和电磁学（光学是分支），也为现代无线电通信奠定了基础。也为现代无线电通信奠定了基础。 所以，物理学上一个理论的建立或实验上重大发现，所以，物理学上一个理论的建立或实验上重大发现，必将带来生产力的巨大进步！必将带来生产力的巨大进步！ 本章研究电磁感应基本规律本章研究电磁感应基本规律 4
3、-1 电磁感应现象及基本实验定律电磁感应现象及基本实验定律一、电磁感应现象一、电磁感应现象 法拉第从实验中发现：法拉第从实验中发现： 穿过闭合导体回路的磁通量穿过闭合导体回路的磁通量 改变时，回路中就出改变时，回路中就出现电流的现象叫做现电流的现象叫做电磁感应电磁感应。该电流叫。该电流叫感应电流感应电流。 1831年年8月月29日日 Faraday 做了第做了第一个电磁感应实验并取得成功。一个电磁感应实验并取得成功。通过实验总结分析表明：通过实验总结分析表明：1、被感应回路不动，空间、被感应回路不动，空间 变化变化不动回路插另一载流线圈不动回路插另一载流线圈不动回路插磁棒不动回路插磁棒改变一线
4、圈电流改变一线圈电流空间空间 B 变化变化2、 不变，回路变化（平动或转动）不变，回路变化（平动或转动） 以上表明，以上表明， 变变 说明回说明回路有电动势（感生电动势）路有电动势（感生电动势） 更能反映本质更能反映本质二、电磁感应定律二、电磁感应定律1、楞次定律、楞次定律表述表述 （1） 的磁通（的磁通（ ）总是力图阻碍引起）总是力图阻碍引起 的的磁通（磁通（ ）的变化。）的变化。（2） 的效果总是反抗引起的效果总是反抗引起 的原因。的原因。（3）因电磁感应而出现的磁力必然是阻力。）因电磁感应而出现的磁力必然是阻力。等等价价理解理解 （1）反抗）反抗 变化，不是反抗变化，不是反抗 。（2）“
5、效果效果”反抗反抗“原因原因”原因：原因： 变或某种机械运动，或其它因素变或某种机械运动，或其它因素“原因原因”磁铁向下相对运动（磁铁向下相对运动（ ） 效果效果反抗向下运动（磁力反抗向下运动（磁力 是是阻力）阻力）v“原因原因”导体棒向右运动（导体棒向右运动（ ） 效果效果反抗向右运动（磁力即导反抗向右运动（磁力即导体棒安培力体棒安培力 是阻力，向左）是阻力，向左） （3）楞次定律本质：）楞次定律本质：能量守恒与转化定律在电磁感能量守恒与转化定律在电磁感应中的具体反映应中的具体反映举例：举例：（机械能（机械能 电能）电能）h2、法拉第定律、法拉第定律实验证明：实验证明： 法拉第电磁感应定律法
6、拉第电磁感应定律 即导体回路的感应电动势大即导体回路的感应电动势大小与穿过该回路的磁通量的变化小与穿过该回路的磁通量的变化率成正比，方向与磁通量的变化率成正比，方向与磁通量的变化相反（右手法则判断）。相反（右手法则判断）。如何计算感应电动势？如何计算感应电动势？ 是楞次定律的数学表示。是楞次定律的数学表示。注意如，磁通计，如，磁通计， 某时间内通过回路导线某截面的感应电量等于该时某时间内通过回路导线某截面的感应电量等于该时间内回路磁通量的减少量除以回路电阻。间内回路磁通量的减少量除以回路电阻。4-2 感应电动势的本质感应电动势的本质 法拉第定律未涉及到感应电动势的本质即非静电力法拉第定律未涉及
7、到感应电动势的本质即非静电力的种类。前述回路磁通量的变化有两个原因，实际上的种类。前述回路磁通量的变化有两个原因，实际上对应两种不同的感应电动势。对应两种不同的感应电动势。一、动生电动势及其本质一、动生电动势及其本质 所谓所谓动生电动势动生电动势即导体在磁场中运动切割磁力线产即导体在磁场中运动切割磁力线产生的感应电动势生的感应电动势计算方法计算方法（1）由法拉第定律计算）由法拉第定律计算 （有回路）（2）如：三者相互垂直三者相互垂直注意两注意两个角度个角度理论解释：理论解释： 洛仑玆力提供非静电力洛仑玆力提供非静电力。动生电动势是洛仑玆力作。动生电动势是洛仑玆力作用于导体中的自由电荷做功的结果
8、。用于导体中的自由电荷做功的结果。法拉第定律求电动势法拉第定律求电动势该电动势形成机制分析如下：该电动势形成机制分析如下：电荷随电荷随导体运导体运动，受动，受洛仑玆洛仑玆力作用力作用两端积两端积累电荷，累电荷，产生电产生电场场电场力电场力与磁力与磁力平衡，平衡，电荷积电荷积累终止累终止当当 ，两端，两端电势差一定。接电势差一定。接通外电路时，电通外电路时，电荷减少，荷减少， 又在洛仑玆力又在洛仑玆力 作用下，补充积作用下，补充积累电荷，维持两累电荷，维持两端电势差不变。端电势差不变。 导体棒导体棒电源电源 是非静电力是非静电力非静电力非静电力 非静电场强非静电场强强调：强调：（1）动生电动势只
9、存在于运动导体上且切割磁力线）动生电动势只存在于运动导体上且切割磁力线动动 生生（3）与与 一致，一致，：单位时间切割磁力线数：单位时间切割磁力线数由由 积分正负判断方向积分正负判断方向楞次定律判断方向（设回路）楞次定律判断方向（设回路）（2）整体）整体 部分部分（5） 由洛仑玆力做功引起，与洛仑玆由洛仑玆力做功引起，与洛仑玆力不做功并不矛盾力不做功并不矛盾 构成非静电力，做正功构成非静电力，做正功 ，电能，电能 构成安培阻力，做负功构成安培阻力，做负功 ，机，机 械能械能 不做功（能量转换作用）不做功（能量转换作用）二、感生电动势二、感生电动势 感生电场感生电场1、感生电动势及其本质、感生电
10、动势及其本质 所谓所谓感生电动势感生电动势，就是因磁场变化，就是因磁场变化在导体上引起的感应电动势。在导体上引起的感应电动势。 对应的非静电力是什么？对应的非静电力是什么？ 导体不动，不可能是洛仑玆力，导体不动，不可能是洛仑玆力，是什么力使导体内电荷运动？是什么力使导体内电荷运动？ 麦克斯韦首先认为，电荷只能受到麦克斯韦首先认为，电荷只能受到两种力，一是洛仑玆力，二是电场力。两种力，一是洛仑玆力，二是电场力。而此处无电荷激发的库仑电场，则无静而此处无电荷激发的库仑电场，则无静电力。电力。 他创造性地提出感生电场假设：他创造性地提出感生电场假设：变化的磁场在周围变化的磁场在周围能激发一种电场叫能
11、激发一种电场叫感生电场感生电场（涡旋电场涡旋电场） ， 说明：说明：（1）只要磁场变化，周围就有感生电场，不依赖于介）只要磁场变化，周围就有感生电场，不依赖于介质、真空、导体。质、真空、导体。（3）感生电场与静电场比较）感生电场与静电场比较 同：同： 异：异：电场起源电场起源感生电场感生电场静电场静电场磁场变化激发磁场变化激发电场电场电荷激发电场电荷激发电场性性 质质（有源）（有源）（无源）（无源）（无旋）（无旋）（有旋）（有旋）做功与路径有关做功与路径有关（非保守场）（非保守场）做功与路径无关做功与路径无关（保守场）（保守场）与导体作用与导体作用电磁感应，可产电磁感应，可产生生静电感应，不可
12、静电感应，不可单独维持单独维持（4）感生电动势与动生电动势比较）感生电动势与动生电动势比较起源不同（感生电场，洛仑玆力）起源不同（感生电场，洛仑玆力）用法拉第定律可以统一用法拉第定律可以统一有时无明显界限，与参照系有关有时无明显界限，与参照系有关 如图，线圈与磁铁相对运动。以线圈为参照系，感如图，线圈与磁铁相对运动。以线圈为参照系，感生电动势；以磁铁为参照系，动生电动势。生电动势；以磁铁为参照系，动生电动势。2、轴对称磁场变化的感生电场计算、轴对称磁场变化的感生电场计算如，长螺如，长螺线管磁场线管磁场变化变化 根据对称性和楞次定律根据对称性和楞次定律 感生电场电力线为圆形。感生电场电力线为圆形
13、。 取电力线为积分路径取电力线为积分路径（法拉第定律）（法拉第定律） 其余难求其余难求感生电场电力线感生电场电力线 4-3 感应电动势计算举例感应电动势计算举例一、动生电动势计算一、动生电动势计算方法一：方法一：方法二：用法拉第定律计算方法二：用法拉第定律计算对闭合电路对闭合电路对非闭合电路对非闭合电路假定不动导体与其构成回路假定不动导体与其构成回路 内扫过的磁力线数内扫过的磁力线数方向判断：楞次定律；楞次定律；例题例题1： 如图，导体棒、如图，导体棒、刚性弯曲导线在均刚性弯曲导线在均匀磁场中运动的求匀磁场中运动的求感应电动势。感应电动势。（1）（2）（1）解：（1）或扫过磁通扫过磁通或（1）
14、（2）（2）相当于首尾相连的直线导体的电动势相当于首尾相连的直线导体的电动势 也可以由法拉第定律求解，设闭也可以由法拉第定律求解，设闭合回路，该闭合回路磁通量不变，总合回路，该闭合回路磁通量不变，总电动势为电动势为0例题例题2： 如图，导体棒绕一端转动垂直切如图，导体棒绕一端转动垂直切割磁力线，求感应电动势。割磁力线，求感应电动势。解：解：另解：另解：不动不动思考：思考： 哪端电势高，高多少？哪端电势高，高多少？例题例题3：求图中位置导体的电动势求图中位置导体的电动势（1）（2）（3）棒长棒长L解：（1） 闭合回路闭合回路（2）（2） 或或（3）（3）例题例题4： 求下列运动导体的感应电动势求
15、下列运动导体的感应电动势（1）（2）（3）（4）简单非均匀磁场中的动生电动势简单非均匀磁场中的动生电动势解：（1） （1）另 （2）（2）另 （3）（3）由楞次定律可以判断，电动势方向为由楞次定律可以判断，电动势方向为或（3）（3）（4）（4）二、感生电动势的计算二、感生电动势的计算方法一方法一：方法二方法二：法拉第定律：法拉第定律闭合导体回路闭合导体回路对非闭合导体，须假设回路且假设部分无电动势。对非闭合导体，须假设回路且假设部分无电动势。例题例题1： 求图中矩形导线框的感应电动势求图中矩形导线框的感应电动势解：解： 例题例题2： 如图，圆柱形区域有轴向均匀磁如图，圆柱形区域有轴向均匀磁场，
16、且场，且 ，求导体棒，求导体棒MN的感的感应电动势。应电动势。解一：解一： 解二：解二：设三角形回路（设三角形回路（为什么？）为什么？）半径方向半径方向回路电动势等于回路电动势等于MN电动势电动势思考：思考： 如果回路既有动生电动势，又有感生电动势，一般如果回路既有动生电动势，又有感生电动势，一般用法拉第定律求电动势，求出的电动势是两者之和？用法拉第定律求电动势，求出的电动势是两者之和？练习：练习：磁场随时间变化且导体运动磁场随时间变化且导体运动磁场随空间和时间变磁场随空间和时间变化，导体运动化，导体运动三、与力学综合的问题三、与力学综合的问题 导体平动或转动时，用到牛顿定律或转动定律等力导体
17、平动或转动时，用到牛顿定律或转动定律等力学方程学方程例题例题1： 如图，导体棒一端与导体圆环接触，如图，导体棒一端与导体圆环接触，另一端于圆环中心并接导线，圆环联导另一端于圆环中心并接导线，圆环联导线，构成导体回路。均匀磁场垂直于圆线，构成导体回路。均匀磁场垂直于圆环面。设棒的转动惯量为环面。设棒的转动惯量为 。现导体棒。现导体棒以初角速度以初角速度 绕环中心转动。求：棒绕环中心转动。求：棒的角速度与时间的关系的角速度与时间的关系 ；棒转过的；棒转过的角度角度 。匀减速吗？匀减速吗？ 分析运动。因电磁感应分析运动。因电磁感应出现的磁力是阻力，棒出现的磁力是阻力，棒 必必然减速。然减速。 产生阻
18、力矩。产生阻力矩。解：解：（某时刻电动势）（某时刻电动势）（安培阻力）（安培阻力）阻力矩阻力矩根据转动定律根据转动定律另另例题例题2： 如图，导体棒以初速如图，导体棒以初速 在导体框上在导体框上无摩擦滑动。设回路电阻无摩擦滑动。设回路电阻R，导体棒长，导体棒长L（与框宽度相等）、质量（与框宽度相等）、质量m，求：，求：（1）使）使 不变时，外力的功不变时，外力的功（2）不加外力，棒的速度与时间的关系？滑行距离？）不加外力，棒的速度与时间的关系？滑行距离？解解（1）向右向右（2）由牛顿定律由牛顿定律棒的速度与时间的关系？滑行距离？棒的速度与时间的关系？滑行距离？滑行距离？滑行距离？例题例题3：
19、如图，水平磁场垂直于导体框面，一如图，水平磁场垂直于导体框面，一导体棒（质量导体棒（质量m、长度、长度L与框宽等）沿框与框宽等）沿框自由下滑。回路电阻设为自由下滑。回路电阻设为R。求导体棒的。求导体棒的最大（稳定）速度及速度与时间的关系。最大（稳定）速度及速度与时间的关系。解：解： 棒初始加速度为棒初始加速度为g，切割磁力线产，切割磁力线产生电动势和感应电流，感应电流的安生电动势和感应电流，感应电流的安培力是阻力。培力是阻力。 由于棒加速运动，感应电流加大，安培阻力加大，由于棒加速运动，感应电流加大，安培阻力加大，棒加速度将不断减小。当安培阻力等于重力时，加速度棒加速度将不断减小。当安培阻力等
20、于重力时，加速度为为0，速度达最大。一种加速度不断减小的加速运动。，速度达最大。一种加速度不断减小的加速运动。 当安培阻力等于重力时，加速度为当安培阻力等于重力时，加速度为0，速度达最大。，速度达最大。由牛顿定律由牛顿定律分离变量分离变量练习：练习：杆速度不断增加杆速度不断增加对照对照练习：练习： 对照对照解法同前，只是解法同前，只是k不同不同 4-4 自感与互感自感与互感 前已经介绍电磁感应基本现象与本质（动生电动前已经介绍电磁感应基本现象与本质（动生电动势和感生电动势）。本节将介绍两种特殊的感生电动势和感生电动势）。本节将介绍两种特殊的感生电动势。即因回路电流变化在自身回路或邻近回路激发的
21、势。即因回路电流变化在自身回路或邻近回路激发的感应电动势。感应电动势。一、自感一、自感1、自感现象、自感现象 这种由电流变化在自身回路引起的电磁感应现象叫做这种由电流变化在自身回路引起的电磁感应现象叫做自感。自感。相应的电动势叫做相应的电动势叫做自感电动势。自感电动势。自感现象举例：自感现象举例：电池电池BATTERY合开关，灯泡不立即亮合开关，灯泡不立即亮即亮即亮渐亮（渐亮（ 支路有支路有 ） 渐灭，说明渐灭，说明A、L回路有自感电动回路有自感电动势产生感应电流势产生感应电流2、自感系数、自感系数 不同的导体回路，电流变化一样，但回路的磁通量不同的导体回路，电流变化一样，但回路的磁通量变化不
22、一定相同，相应地产生的自感电动势也不一定变化不一定相同，相应地产生的自感电动势也不一定相同。相同。 用自感系数反映回路产生自感电动势的用自感系数反映回路产生自感电动势的“能力能力” L意意义：或或单位单位HL变化时：变化时：L不变时：不变时：强调强调（1）L决定于线圈或回路的几何（大小、形状、决定于线圈或回路的几何（大小、形状、匝数）、介质。匝数）、介质。（2） 与与 瞬态关系，与瞬态关系，与 无关。无关。 线圈或回路线圈或回路“电磁惯性电磁惯性”的量度，反映产生的量度，反映产生 的的“能力能力”，保持保持 不变的属性不变的属性，反抗，反抗 变化的变化的“能力能力”相似相似（3） 方向二、互感
23、二、互感1、互感现象、互感现象 这种由于回路这种由于回路 变化而在邻近变化而在邻近回路产生感应电动势的现象叫做回路产生感应电动势的现象叫做互互感现象感现象。该电动势叫。该电动势叫互感电动势互感电动势2、互感系数、互感系数相互感应的相互感应的“能力能力”理理论上可上可证明：明： ， M意义：意义： 强调强调 （1）M决定于两线圈或回路的几何（大小、形状、决定于两线圈或回路的几何（大小、形状、匝数）、介质、相对位置。匝数）、介质、相对位置。 （2）反映两回路磁场的耦合）反映两回路磁场的耦合程度或相互感应程度。程度或相互感应程度。3、 与与 关系关系同理同理无耦合：无耦合：全耦合：全耦合：相互磁通全
24、部互通相互磁通全部互通无耦合无耦合全耦合全耦合4、两线圈串联总自感、两线圈串联总自感 两线圈相连，成一个回路，总的自感多少？两线圈相连，成一个回路，总的自感多少？顺接顺接反接反接顺接顺接 同理同理 顺接顺接反接反接总 反接反接 同理可得同理可得 无耦合：无耦合：全耦合：全耦合： 一般：一般： 电阻双向绕制是反接全耦合，避电阻双向绕制是反接全耦合，避免自感免自感两部分非全耦合两部分非全耦合思考：思考：三、三、RL暂态过程暂态过程 当电路中有线圈时，将产生自感电动势阻碍电流当电路中有线圈时，将产生自感电动势阻碍电流的变化。以下分析两种简单电路的电流变化过程。的变化。以下分析两种简单电路的电流变化过
25、程。 1、电流滋长过程、电流滋长过程12如图：12 2、电流衰减过程、电流衰减过程12四、自感、互感系数计算举例四、自感、互感系数计算举例 自感与互感系数计算较复杂，一般通过实验确定。自感与互感系数计算较复杂，一般通过实验确定。但一些简单情况可以计算。但一些简单情况可以计算。方法：方法：1、自感计算举例、自感计算举例 例题例题1：内部充满介质的长直螺线：内部充满介质的长直螺线管的自感系数管的自感系数解：解：例题例题2： 截面为矩形的螺绕环，截面为矩形的螺绕环， N匝，匝，求自感求自感解：解： 例题3： 无限长同轴电缆充介质，求单无限长同轴电缆充介质，求单位长自感位长自感。解：解：例题例题4：
26、两平行无限长直导线，如图。两平行无限长直导线，如图。求求 长的自感。长的自感。解：解：2、互感计算举例、互感计算举例例题例题5： 如图，求两同轴长螺线管，如图，求两同轴长螺线管，长均为长均为 ，匝数分别为，匝数分别为 ，半径分别为，半径分别为 ，求，求它们它们之间的互感系数之间的互感系数解：解：或：或：例题例题6： 如图，求长直导线与矩形导体框之如图，求长直导线与矩形导体框之间的互感。间的互感。 解：解：思考：比较例题例题7：1匝匝 两线圈共轴共面，当小线圈电流两线圈共轴共面，当小线圈电流为为 ，在大线圈中产生的感应，在大线圈中产生的感应电动势多大？电动势多大？解：设大线圈电流设大线圈电流 ，
27、为什么先设大线圈电流？为什么先设大线圈电流？ 4-5 磁场的能量磁场的能量 载流导体在磁场中运动，磁力做功，说明磁场有载流导体在磁场中运动，磁力做功，说明磁场有能量。电场有能量，磁场也有能量，而且表达式相似。能量。电场有能量，磁场也有能量，而且表达式相似。下面根据线圈磁场的建立过程得到磁场能量的表达式。下面根据线圈磁场的建立过程得到磁场能量的表达式。一、线圈的磁能（自感磁能）一、线圈的磁能（自感磁能） 电源的功电源的功焦耳热焦耳热磁能磁能 电源的功电源的功焦耳热焦耳热磁能磁能 磁能来源：电源克服自感电动势做功变成线圈的磁能来源：电源克服自感电动势做功变成线圈的储能（磁能）储能（磁能）二、互感磁
28、能二、互感磁能*可以证明：可以证明： 在建立在建立 过程中，电源除克服两线圈自感电过程中，电源除克服两线圈自感电动势做功外，还要克服互感电动势做功。动势做功外，还要克服互感电动势做功。 n个线圈的总磁能个线圈的总磁能三、磁场的能量三、磁场的能量长密螺线管长密螺线管磁能密度磁能密度一般一般比较：比较：例题例题1： 如图，求同轴电缆单位长磁场的如图，求同轴电缆单位长磁场的能量。能量。解：解：另解：另解：自感回路自感回路例题2： 求无限长载流圆柱导体内的单位长磁能求无限长载流圆柱导体内的单位长磁能 解：4-6 电磁感应在技术上的应用举例电磁感应在技术上的应用举例 电磁感应在技术上的应用十分广泛，以下
29、略举几例电磁感应在技术上的应用十分广泛，以下略举几例一、发电机原理一、发电机原理切割磁力线，动生电动势切割磁力线，动生电动势 机械方法带动绕组转机械方法带动绕组转动产生交流电。三相绕动产生交流电。三相绕组得到三相交流电。组得到三相交流电。自感，滞后，相位差自感，滞后，相位差火力火力 热能热能 机械能机械能 电能电能核电站核电站 核能核能 热能热能 机械能机械能 电能电能水力水力 机械能机械能 电能电能二、电子感应加速器二、电子感应加速器 加速器：使带电粒子获得很高的速度或能量的装置加速器：使带电粒子获得很高的速度或能量的装置 静电加速器；回旋加速器；电子感应加速器（利用静电加速器；回旋加速器；
30、电子感应加速器（利用感生电场加速电子）感生电场加速电子） 结构：电磁铁；真空室；电子枪；靶结构：电磁铁；真空室；电子枪；靶（医疗，工业探伤，中低能粒子物理实验）（医疗，工业探伤，中低能粒子物理实验）通交流电的电磁铁真空环电子枪电子枪 靶靶电子束电子束获得x射线电子感应加速器电子感应加速器电子枪电子枪 靶靶电子束电子束感生电场线感生电场线 原理：通交变电流，产生交变磁场，电子枪射出原理：通交变电流，产生交变磁场，电子枪射出电子进入真空室电子进入真空室（1）感生电场线圆形，使电子沿切向加速；）感生电场线圆形，使电子沿切向加速；（2）洛仑玆力充当向心力。）洛仑玆力充当向心力。电子枪电子枪 靶靶电子束
31、电子束感生电场线感生电场线 第一个第一个1/4周期，周期， 向上增加，完向上增加，完成几十万圈，引入靶室，具备很高的成几十万圈，引入靶室，具备很高的能量。（由于电子加速，向心力增加，能量。（由于电子加速，向心力增加，须调整磁场）须调整磁场）三、涡电流（益与害）三、涡电流（益与害） 整块金属导体在磁场中运动（金属中电子受磁力）整块金属导体在磁场中运动（金属中电子受磁力）或在变化的磁场中（电子受感生电场力），在整块导或在变化的磁场中（电子受感生电场力），在整块导体内部将引起感应电流，该电流在体内自行闭合，称体内部将引起感应电流，该电流在体内自行闭合，称之为之为涡电流涡电流。涡电流很强。涡电流很强。
32、1、涡电流的热效应（益与害）、涡电流的热效应（益与害）冶金高频感应炉冶金高频感应炉 炉内金属产生强大的焦耳热而融化炉内金属产生强大的焦耳热而融化涡流加热防止氧化涡流加热防止氧化 某些活泼的稀有金属在高温下容易某些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，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，利用坩埚外绕着通有交流电的线圈，利用涡流对金属加热，防止氧化。涡流对金属加热，防止氧化。抽出氧气抽出氧气家用电磁炉（涡流加热）家用电磁炉（涡流加热）真空中清除金属部件附着气体真空中清除金属部件附着气体 在制造电子管、显像管或激光管时，在在制造电子管、显像管或激光管时
33、，在做好后要抽气封口，但管子里金属电极上做好后要抽气封口，但管子里金属电极上吸附的气体必须加热到高温才能放出而被吸附的气体必须加热到高温才能放出而被抽走抽走,利用涡电流加热的方法，一边加热，利用涡电流加热的方法，一边加热，一边抽气，然后封口。一边抽气，然后封口。变压器铁芯避免发热变压器铁芯避免发热 实心，较大涡电流，发热，实心，较大涡电流，发热，造成漆包线绝缘性能下降，损造成漆包线绝缘性能下降，损坏，引发事故。坏，引发事故。 措施：措施：许许多片相互绝缘多片相互绝缘的硅钢片叠合成铁芯，导的硅钢片叠合成铁芯，导体横截面减小，减小涡电体横截面减小，减小涡电流。流。 电动机的转子和定子也都是用片状的
34、软磁性材料电动机的转子和定子也都是用片状的软磁性材料叠合制成的。叠合制成的。2、涡电流的磁效应（机械效应）、涡电流的磁效应（机械效应）电磁阻尼电磁阻尼金属片摆金属片摆A无磁场：无磁场：A摆动不停摆动不停 有磁场：有磁场：A很快停摆。原因：产很快停摆。原因：产生涡流，磁力是阻力，反抗下摆及生涡流，磁力是阻力，反抗下摆及摆出。用途：电磁仪表调摆出。用途：电磁仪表调0，指针，指针迅速指迅速指0.“摩擦摩擦”涡流效果：阻止相对运动（摆动）涡流效果：阻止相对运动（摆动）电磁驱动电磁驱动转转转转速速速速计计计计磁铁套在里面 磁体转动，磁场变化在金属转盘中产生涡流，涡磁体转动，磁场变化在金属转盘中产生涡流，
35、涡流机械效应，圆盘跟着转动。流机械效应，圆盘跟着转动。“摩擦摩擦”涡流效果：阻止相对运动涡流效果：阻止相对运动 电度表记录用电量，就是利用通有电度表记录用电量，就是利用通有交流电的铁心产生交变的磁场，在缝交流电的铁心产生交变的磁场，在缝隙处铝盘上产生涡电流，涡电流受磁隙处铝盘上产生涡电流，涡电流受磁场作用，表盘受到一转动力矩，使表场作用，表盘受到一转动力矩，使表盘转动。盘转动。 两块永磁体，它固定在长方两块永磁体，它固定在长方形铁板上接通电源，电动机旋形铁板上接通电源，电动机旋转，带动永磁体旋转，产生旋转，带动永磁体旋转，产生旋转磁场，由于涡流的机械效应转磁场，由于涡流的机械效应驱动铝圆盘跟着
36、旋转。两者转驱动铝圆盘跟着旋转。两者转动的方向相同，但铝盘旋转的动的方向相同，但铝盘旋转的速度始终小于永磁体速度始终小于永磁体铝盘电动机永磁体涡流效果：阻止相对运动涡流效果：阻止相对运动3、趋肤效应及其应用、趋肤效应及其应用 电流稳恒时，均匀分布于导线截面。电流稳恒时，均匀分布于导线截面。 电流交变时，电流密度分布不均匀，靠导线表面电流交变时，电流密度分布不均匀，靠导线表面电流密度大。电流密度大。 交变电流集中于导体表面的现象交变电流集中于导体表面的现象趋肤效应趋肤效应 电流变化越大，趋肤效应越显著。电流变化越大，趋肤效应越显著。 应用：应用：（1）用空心导线，节约铜材；（）用空心导线，节约铜
37、材；（2）金属）金属部件表面淬火，提高表面硬度，耐磨损。部件表面淬火，提高表面硬度，耐磨损。 原因：原因：电流变化引起交变磁场导致涡流（电动力学电流变化引起交变磁场导致涡流（电动力学证明），频率很高，电流几乎于表面流动。证明），频率很高，电流几乎于表面流动。 2、扼流圈（利用电磁惯性，稳流）、镇流器、谐振、扼流圈（利用电磁惯性，稳流）、镇流器、谐振电路（电路（LC电路）（自感原理）电路）（自感原理） 3、电磁仪表、电磁仪表 许多电磁仪表均利用电磁感应原理。许多电磁仪表均利用电磁感应原理。 灵敏电流计，冲击电流计，磁通计等灵敏电流计，冲击电流计，磁通计等四、电工、电子技术中的应用四、电工、电子技
38、术中的应用 1、变压器、感应圈（互感原理）、变压器、感应圈（互感原理） 小小 结结一、基本概念与规律一、基本概念与规律 1、电磁感应定律、电磁感应定律 楞次定律；法拉第定律楞次定律；法拉第定律 2、感应电动势本质、感应电动势本质动生电动势动生电动势感生电动势和感生电场感生电动势和感生电场洛仑玆力不做功，但起能量洛仑玆力不做功，但起能量转换作用转换作用 ， 3、自感与互感、自感与互感4、磁能、磁能线圈磁能线圈磁能磁场能量磁场能量二、基本计算二、基本计算1、动生电动势计算、动生电动势计算方法一：方法一：方法二：用法拉第定律计算方法二：用法拉第定律计算对闭合电路对闭合电路对非闭合电路对非闭合电路假定
39、不动导体与其构成回路假定不动导体与其构成回路 内扫过的磁力线数内扫过的磁力线数方向判断：方向判断： 内扫过的磁力线数内扫过的磁力线数均匀场磁均匀场磁中切割中切割简单非均匀简单非均匀场磁中切割场磁中切割2、感生电场、感生电动势计算、感生电场、感生电动势计算方法一方法一：方法二方法二：法拉第定律：法拉第定律闭合导体回路闭合导体回路对非闭合导体，须假设回路且假设部分无电对非闭合导体，须假设回路且假设部分无电动势。动势。轴对称感生电场计算轴对称感生电场计算感生电动势计算感生电动势计算 3、与力学综合、与力学综合4、感应电量计算、感应电量计算5、自感与互感计算、自感与互感计算6、磁场能量计算、磁场能量计算轴对称性磁场轴对称性磁场
