大学物理电磁感应定律与动生电动势

13-1 电磁感应定律
一、电磁感应现象
1、电磁感应现象的发现
•1820年，Oersted发现了电流的磁效应 •1831年11月24日，Faraday发现电磁感应现象 •1834年，Lenz在分析实验的基础上，总结出了 判断感应电流分向的法则 •1845年，Neumann借助于安培的分析，从矢势的 角度推出了电磁感应电律的数学形式。
FBL S
I V
F外
I
FL
B
例．交流发是电机原理：
面积为S的线圈有N匝，放在均匀磁场B中，可绕 OO’轴转动，若线圈转动的角速度为ω，求线圈
中的感应电动势。
解：设在t=0时，线圈平面的正法线n方向与磁感 应强度B的方向平行，那么，在时刻t，n与B之间 的夹角θ=ωt，此时，穿过匝线圈的磁通量为：
法拉第(Michael Faraday 1791—1867)
伟大的英国物理学家和化学家。
主要从事电学、磁学、磁光学、电化学 方面的研究，并在这些领域取得了一系 列重大发现。
他创造性地提出场的思想，是电磁理论 的创始人之一。
1831年发现电磁感应现象，后又相继发 现电解定律，物质的抗磁性和顺磁性， 以及光的偏振面在磁场中的旋转。
d
dt
负号表示感应电动势 总是反抗磁通的变化
单位:1V=1Wb/s
n 0
n
B
0
2、电动势方向:
L
0, 0
与 L 反向
L
B
0, 0
与L 同向
•确定回路绕行方向；规定电动势的方向与回路的绕行方向一致时 为正。
•根据回路的绕行方向，按右手螺旋法则定出回路所包围面积的正 法线方向；在根据回路所包围面积的正法线方向，确定磁通量的 正负； •根据磁通量变化率的正负来确定感应电动势的方向。
大学物理学电子教案
电磁感应定律与动生电动势
13-1 电磁感应定律 13-2 动生电动势和感生电动势(上)
复习
• 磁介质、磁化强度
• 磁介质 磁介质的磁化 磁化强度
• 磁介质中的安培环路定理 磁场强度
• 磁介质中的安培环路定律
• 磁场强度与磁感应强度的关系
• 铁磁质
• 铁磁质的特性 磁畴
• 磁化曲线
有感生电动势存在，有电场存在 将引起介质极化，而无感生电流。
S N
非金属环
3、楞次定律与能量守恒定律
感应电流产生的磁场力（安培力），将反抗外力。即可以 说外力反抗磁场力做功，从而产生感应电流转化为电路中 的焦耳热，这是符合能量守恒规律的。
否则只需一点力开始使 导线移动，若洛仑兹力 不去阻挠它的运动，将 有无限大的电能出现， 显然，这是不符合能量 守恒定律的。
NBS cos NBS cos t
由电磁感应定律可得线圈中的感应电动势为：
i
d dtFra Baidu bibliotek
d dt
NBS cos
t
NBS
sin
t
令εm=NBω，则 εi=εmsinωt
令ω=2πf，则 εi=εmsin2πft
Εi 为时间的正弦函数，为正弦交流电，简称交流电。
演示
13-2 动生电动势和感生电动势
引起磁通量变化的原因有两种： 1．磁场不变，回路全部或局部在稳恒磁场中运动——动 生电动势 2．回路不动，磁场随时间变化——感生电动势
•感应电量
I
＝
i
i
R
1 R
d dt
t1时刻磁通量为Ф1，t2时刻磁通量为Ф2
dq Idt 1 d dt d
R dt
R
q
2 d 1 1 R R
1 2
•回路中的感应电量只与磁通量的变化有关，而与磁通量 的变化率无关。
•用途：测磁通计。
三、楞次定律
楞次（Lenz,Heinrich Friedrich Emil）
1834年楞次提出一种判断感应电流的方法，再由感应电流 来判断感应电动势的方向。
1、内容： 闭合回路中感应电流的方向总是使得它所激发的 磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。
S
B S I
N
演示
G BS IV
2、应用：判断感应电动势的方向
S
B S I
N
问题：将磁铁插入非金属环中，环内 有无感生电动势？有无感应电流？环 内将发生何种现象
2、电磁感应的几个典型实验
S N
G
感应电流与N-S的 磁性、速度有关
G
与有无磁介质 速度、电源极 性有关
G
与有无磁介质 开关速度、电 源极性有关
B S
B
感生电流与磁感应强度的 大小、方向，与截面积S 变化大小有关。
感生电流与磁感应强度的大 小、方向，与线圈转动角速 度大小方向有关。
3、结论 演示1 演示2 演示3 演示4 演示5
磁滞回线 铁磁性材料
第十三章
电磁感应 电磁场
•电磁感应现象的发现是电磁学发展史上的一个重要成就， 它进一步揭示了自然界电现象与磁现象之间的联系。
•在理论上，它为揭示电与磁之间的相互联系和转化奠定实 验基础，促进了电磁场理论的形成和发展； •在实践上，它为人类获取巨大而廉价的电能开辟了道路， 标志着一场重大的工业和技术革命的到来。
•通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，不
管这种变化是由什么原因引起的，回路中就有电流产生，
这种现象称为电磁感应现象。
•感应电流：由于通过回路中的磁通量发生变化，而在回路
中产生的电流。
•感应电动势：由于磁通量的变化而产生的电动势叫感应电
动势。
二、法拉第电磁感应定律
1、内容：
当穿过闭合回路所包围面积的磁通量发生变化时，不论这种 变化是什么原因引起的，回路中都有感应电动势产生，并且 感应电动势正比于磁通量对时间变化率的负值。
楞次是俄国物理学家和地球物理学家，生于 爱沙尼亚的多尔帕特。早年曾参加地球物理 观测活动，发现并正确解释了大西洋、太平 洋、印度洋海水含盐量不同的现象，1845年 倡导组织了俄国地球物理学会。1836年至 1865年任圣彼得堡大学教授，兼任海军和师 范等院校物理学教授。
楞次主要从事电学的研究。楞次定律对充实、完善电磁感应规律 是一大贡献。1842年，楞次还和焦耳各自独立地确定了电流热效 应的规律，这就是大家熟知的焦耳——楞次定律。他还定量地比 较了不同金属线的电阻率，确定了电阻率与温度的关系；并建立 了电磁铁吸力正比于磁化电流二次方的定律。
3、讨论：
•若有N匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生 的电动势之和。令每匝的磁通量为 1、 2 、 3
d1 d2
dt dt
磁通链数: 1 2 3
d d(1 2 3 )
dt
dt
若每匝磁通量相同
d N d
dt
dt
•闭合回路中的感应电流