1、（17361806）（17771851）ch12第十二章第十二章 电磁感应电磁感应12-112-1 电磁感应定律电磁感应定律一、电磁学的发展一、电磁学的发展静电静电磁场磁场电流电流1820奥斯特奥斯特（电生磁电生磁）法拉第法拉第电磁感应电磁感应（磁生电磁生电）技术上立即诞生了电流计和技术上立即诞生了电流计和电磁铁电磁铁;理论上连通了电和磁理论上连通了电和磁发电机发电机麦克斯韦麦克斯韦电磁理论电磁理论现代信息技现代信息技术大发展术大发展（17751836）（17911867）（18041865）麦克斯韦麦克斯韦（18311879）（库仑）（库仑）安培安培ch12二、法拉第电磁感应定律二、法拉第电
2、磁感应定律1.基本实验现象基本实验现象运动的磁铁产生电流运动的磁铁产生电流 运动的线圈产生电流运动的线圈产生电流 变化的电流产生电流变化的电流产生电流运动的导线产生电流运动的导线产生电流结论结论：通过一个闭合回路所包围的面通过一个闭合回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路中就有积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电流或感应电动势产生，这种现感应电流或感应电动势产生，这种现象称为象称为电磁感应现象电磁感应现象。感应电流感应电流感应电动势感应电动势ch122.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律内容：导体回路中感应电动势内容：导体回路中感应电动势 的大小，与穿过导的大小，与穿过导体回路的磁通量的
3、变化率体回路的磁通量的变化率d/dt 成正比成正比 t dd-单位：单位：V 或或Wb/S0 nLB若若增加增加 d/dt 0 0若若减小减小 d/dt 0nLB0 若若增加增加 d/dt 0若若减小减小 d/dt 0 0负号表示感应电动势负号表示感应电动势总是反抗磁通的变化总是反抗磁通的变化关于关于 的正负的正负ch123.讨论讨论dtddtddtddtd321321 磁通匝链数或磁链磁通匝链数或磁链321若每匝磁通量相同若每匝磁通量相同dtdNdtd 有关感应电流有关感应电流dtdR1RI 对于多匝回路对于多匝回路ch12三、楞次定律三、楞次定律：闭合回路中感应电流的方向，总是使得它所闭合
4、回路中感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场阻止引起感应电流的磁通量的变化激发的磁场阻止引起感应电流的磁通量的变化(增大或减小增大或减小)。感应电流的效果，总是反抗引起感应电流的感应电流的效果，总是反抗引起感应电流的原因。原因。当当导体在磁场中运动时，导体中由于出现感应电导体在磁场中运动时，导体中由于出现感应电流而受到的磁场力（安培力）必然阻碍此导体的流而受到的磁场力（安培力）必然阻碍此导体的运动。运动。AV（F外）IF安培N SIch12能量守恒定律要求感应电动势的方向服从楞次定律能量守恒定律要求感应电动势的方向服从楞次定律AV（F外）IF安培N SIvFS N12-212-2 动生电动势和
5、感生电动势动生电动势和感生电动势ch12引起磁通量变化的原因有两种：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磁场不变，回路全部或局部在稳恒磁场中运动动动生电动势动生电动势2回路不动，磁场随时间变化回路不动，磁场随时间变化感生电动势感生电动势当上述两种情况同时存在时，则同时存在动生电动当上述两种情况同时存在时，则同时存在动生电动势与感生电动势。势与感生电动势。ch12一、动生电动势一、动生电动势abcdvIt dd-lB1.动生电动势公式动生电动势公式v 动生电动势动生电动势FvB洛伦兹（分）力洛伦兹（分）力BveF )(ldK电动势电动势非非静电力静电力eFK ba
6、l dBv)(ch122.动生电动势产生过程中的能量转换动生电动势产生过程中的能量转换电流产生的焦耳热从何而来？电流产生的焦耳热从何而来？vFvuv+uFuFv+u洛伦兹力不作功洛伦兹力不作功uvuvFFBuvqF )(0uvFuv )(0vFuFuv uFv Fv（非静电力）对电子做正功（电能）非静电力）对电子做正功（电能）vFu Fu宏观上表现为安培力，反抗外力做功宏观上表现为安培力，反抗外力做功外力作功外力作功ch124.动生电动势的计算动生电动势的计算 闭合导体回路闭合导体回路 ll dBv dtd 不闭合导体回路不闭合导体回路 bal dBv 也可假想一条曲线与不闭合导体组成闭合回路
7、，也可假想一条曲线与不闭合导体组成闭合回路，运用法拉第定律求解运用法拉第定律求解ch12例题例题12.2在均匀恒定磁场在均匀恒定磁场B中，一根长为中，一根长为L的导体棒的导体棒ab，在垂直于磁场的平面内绕其一端作匀速转动，角速度为在垂直于磁场的平面内绕其一端作匀速转动，角速度为.试求这导体棒两端的电势差试求这导体棒两端的电势差Uab.bal dBv v假想一条曲假想一条曲线与不闭合导体组成线与不闭合导体组成闭合回路，运用法拉闭合回路，运用法拉第定律求解第定律求解dtd ch12补充例题补充例题法拉第电机，设铜盘的半径为法拉第电机，设铜盘的半径为 R，角速度为角速度为。求盘上沿半径方向产生的电动
8、势求盘上沿半径方向产生的电动势A B法拉第电机可视为无数铜棒法拉第电机可视为无数铜棒一端在圆心，另一端在圆周一端在圆心，另一端在圆周上，即为并联，因此其电动上，即为并联，因此其电动势类似于一根铜棒绕其一端势类似于一根铜棒绕其一端旋转产生的电动势旋转产生的电动势 2BR21 OARO法拉第圆盘发电机虽然简单，有人说法拉第圆盘发电机虽然简单，有人说它像一只简陋可笑的儿童玩具，产生它像一只简陋可笑的儿童玩具，产生的电流甚至不能让一只小灯泡发光。的电流甚至不能让一只小灯泡发光。但这是世界上第一台发电机，是它首但这是世界上第一台发电机，是它首先向人类揭开了机械能转化为电能的先向人类揭开了机械能转化为电能
9、的序幕。后来，人们在此基础上，将蹄序幕。后来，人们在此基础上，将蹄形永久磁铁改为能产生强大磁场的电形永久磁铁改为能产生强大磁场的电磁铁，用多股导线绕制的线框代替紫磁铁，用多股导线绕制的线框代替紫铜圆盘，电刷也进行了改进，就制成铜圆盘，电刷也进行了改进，就制成了功率较大的可供实用的发电机。目了功率较大的可供实用的发电机。目前，即使功率为前，即使功率为100100万千瓦的特大发万千瓦的特大发电机，也是根据法拉第圆盘发电机的电机，也是根据法拉第圆盘发电机的基本原理基本原理电磁感应制成的。电磁感应制成的。ch12例题例题12.3交流发电机的基本原理交流发电机的基本原理tNBS sin 两种计算方法两种
10、计算方法ch12三峡电站是世界最大的水电站，设计安装三峡电站是世界最大的水电站，设计安装26台台70万千瓦水轮发电机组。其中，左岸电站万千瓦水轮发电机组。其中，左岸电站14台台机组，均已投产发电；右岸电站机组，均已投产发电；右岸电站12台机组中有台机组中有8台全国产化机组。台全国产化机组。已于已于2008年年10月月30日正式日正式并网发电。并网发电。ch12三峡左岸电站三峡左岸电站9 9号水轮发电机组号水轮发电机组（70万千瓦万千瓦）转轮转轮 水轮机总重水轮机总重33503350吨，发电机总重吨，发电机总重38003800吨，整个机吨，整个机组累加重量为组累加重量为71507150吨。吨。c
11、h12二、感生电动势二、感生电动势N SI由于磁场的变化由于磁场的变化而在回路而在回路中产生的感应电动势称为中产生的感应电动势称为感生电动势感生电动势非静电力？非静电力？1.感生电场感生电场（Maxwell）变化的磁场在其周围空间激变化的磁场在其周围空间激发的一种能够产生感生电动发的一种能够产生感生电动势的电场，这种电场叫做势的电场，这种电场叫做感感生电场生电场Er，或或涡旋电场涡旋电场。tlEdd=dr 感生电动势感生电动势非静电力非静电力K 感生电场感生电场Er感生电场、感生电动势、感生电流方向一致感生电场、感生电动势、感生电流方向一致ch122.感生电场感生电场Er与库仑电场与库仑电场E
12、c相同处：相同处：不相同处：不相同处：电场概念推广电场概念推广:对电荷（无对电荷（无论静止或运动）有作用的论静止或运动）有作用的场都是电场场都是电场N SI 0lE=drcrEEE 0lE=dcch123.电磁感应定律的普遍形式电磁感应定律的普遍形式SdtBl dESLtBE 4.感生电动势、感生电场的计算感生电动势、感生电场的计算SdtBtlE dd=dr ch12例题例题12.4半径为半径为R的圆柱形空间分布着均匀磁场，磁感应的圆柱形空间分布着均匀磁场，磁感应强度强度B随时间以恒定速率随时间以恒定速率dB/dt变化，试求感生电场的分布。变化，试求感生电场的分布。根据根据和和特点，特点，可知
13、可知回路上感生电场的电场线处回路上感生电场的电场线处在垂直于轴线的平面内，它们是在垂直于轴线的平面内，它们是以轴为圆心的一系列同心圆，同以轴为圆心的一系列同心圆，同一圆上任一点的感生电场的一圆上任一点的感生电场的Ek大大小相等，并且方向必然与回路相小相等，并且方向必然与回路相切切 选取回路的正方向选取回路的正方向 判断感生电场的方向判断感生电场的方向SdtBl dESLch12例题例题12.5电子感应加速器的基本原理电子感应加速器的基本原理原理：原理：在电磁铁的两磁极间放一个真空室，在电磁铁的两磁极间放一个真空室，电磁铁是由交流电来激磁的。电磁铁是由交流电来激磁的。当磁场发生变化时，两极间任意
14、闭合回当磁场发生变化时，两极间任意闭合回路的磁通发生变化，激起感生电场，电子在路的磁通发生变化，激起感生电场，电子在感生电场的作用下被加速，电子在感生电场的作用下被加速，电子在Lorentz力力作用下将在环形室内沿圆周轨道运动。作用下将在环形室内沿圆周轨道运动。科斯特科斯特例题例题12.1涡电流的产生和应用涡电流的产生和应用 ch12处在变化磁场中处在变化磁场中(或相对于磁场运动或相对于磁场运动)的大块导的大块导体内部，所产生的感应电流的流线呈闭合的涡体内部，所产生的感应电流的流线呈闭合的涡旋状，称为旋状，称为涡电流涡电流或或涡流。涡流。金属板金属板高频电磁炉高频电磁炉温度高，易于控制，无接触
15、加热温度高，易于控制，无接触加热避免氧化和玷污避免氧化和玷污ch12电磁炉电磁炉电磁阻尼电磁阻尼根据楞次定律，感应电流的效果总是根据楞次定律，感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因的，因此，反抗引起感应电流的原因的，因此，铝片的摆动会受到阻力而迅速停止铝片的摆动会受到阻力而迅速停止 ch12涡流的防止涡流的防止交流电流交流电流交流电流交流电流铁磁材料电力金具将被铝合金金具替代，以减少铁磁材料电力金具将被铝合金金具替代，以减少磁滞损耗和涡流损耗。我国配电线路长度约为磁滞损耗和涡流损耗。我国配电线路长度约为2000万千米，如有万千米，如有10%的铁磁材料金具被节能金的铁磁材料金具被节能金具取代，年节电量可达具取代，年节电量可达60亿千瓦时。亿千瓦时。变压器变压器铁芯铁芯硅钢片硅钢片本章本章习题：习题：12-1，2，3，4，5，6，7，9，10，11，13，14，15
