1、第七章 磁场与电磁感应7-1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度7-2 磁场对运动电荷的作用力磁场对运动电荷的作用力7-3 磁场对载流导线的作用磁场对载流导线的作用7-4 物质的磁性物质的磁性7-5 电磁感应电磁感应7-6 电磁场理论电磁场理论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 ailm
2、ents.第七章 磁场与电磁感应7-5 电磁感应(Electromagnetic 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,tr
3、ansformers and the dynamo(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 t
4、his will measure 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 仅有静电场力不能维持稳恒电流.要维持稳恒电流,除静电
5、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电源 FkIEE电池电池 化学作用化学作用发电机发电机 电磁感应电磁感应光电池光电池 光电效应光电效应第七章 磁场与电磁感应+-Ua Ub电源电源 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akbFdlv 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:第七章 磁场与
6、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.tmdd7.5.1 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Btddi 感应电动势的方向0ddt0idSBS标量1.磁铁向上运动2.磁铁向下运动d0dti0NSne正方向讨论第七章 磁场与电磁感应tddi闭合回路由N 匝密绕线圈组成 t ddi仅适用于单匝导线构成的回路123mmmmN总通量：每匝线圈通量相同mN磁通匝链数磁通匝链数（磁链磁链
7、）dSBSInduction motor 第七章 磁场与电磁感应改变磁通量的途径 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 .iEidLEl感生麦克斯韦假设tddiidddLt EldSBSiddddLSt ElBSiddLSt BElS第七章 磁场与电磁感应idd0dLt El(2)(2)静电场是保守场(1)(1)和 均对电荷有力的作用.iEE静d0LEl静感生电场 静电场 静电场由
8、电荷产生;感生电场是由变化的磁场产生.(3)(3)感生电场是非保守场.iEEE静ddLSt BElS总电场的环路定理(4)(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Bi通过回路自身的磁链 Li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 tiLLdd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
9、 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:2N BSnlBSn Sli 磁链22Ln Sln Vi螺线管的自感 V为螺线管的体积 通过回路自身的磁链 Li磁感应强度的大小BniH 的安培环路定理0dLLHlI内HniBH第七章 磁场与电磁感应7.5.3 RL电路etRCCu)e1(RCtCuuCtO0.63RiOt0.37RKiRqC KiRCRC 电路时间常数RC第七章 磁场与电磁感应7.5.3 RL电路(1)(1)接通电路(开关K扳向1)iRtiLLdd2RL1K接通电路瞬间（）,电流t00i ddLiLt 线
10、圈L产生的自感电动势第七章 磁场与电磁感应)1()1(0ttLReIeRI时间常数=L/RI0=/R II00.63I0Ot2RL1K第七章 磁场与电磁感应(2)(2)断开电路(开关K扳向2)iRtiLLddttLReIeRI00.37I0II0Ot2RL1K接通电路瞬间（）,电流t00iI第七章 磁场与电磁感应7.5.4 磁场的能量iRtiLddRtttRiLIti0220d21d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d i t储存在线圈中储存在线圈中的磁场能量的磁场能量第七章 磁场与电磁感应自感为 L 的线圈在通有稳定电流 I 时的磁场能量为2m21LI
11、W2;Ln VBnI 磁场能量密度BHHBw2121222m 磁场能量VVVBVwWd2d2mmVwVBnBVnLIWm2222m21)(2121第七章 磁场与电磁感应12RIIrIHRrR2,210,2HRr0,1HRr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.1R2R解解H 的安培环路定理0dLLHlI内2R1Rr第七章 磁场与电磁感应12RII21RrR2mm22dd8VVIWwVVr2R1Rrdr单位长度壳层体积单位长度壳层体积
12、1d2drrV212md4RRIWrr122ln4RRI2m21LIW21()22 Ir2228rI2m21Hw12ln2RRL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dSSqDS内d0SSdLLIHl内7-6 电磁场理论d0LElddLSt BElS稳恒磁场中的安培环路定理的局限性ddLSItDHlS麦克斯韦方程DEBH第七章 磁场与电磁感应无线电波无线电波cm1.0m1034770nm 350nm可见光可见光56 10 nm770nm红外线红外线350nm5nm紫外光紫外光0.04nmnm5 X射线射线nm04.0 射线射线 电电 磁磁 波波 谱谱770nm3
13、50nm 可见光可见光红外线红外线 紫外线紫外线 射射 线线长波无线电波长波无线电波短波无线电波短波无线电波频率频率Hz01021041061081010101210141016101810201022102410810波长波长m41001041081012101610X射线射线第七章 磁场与电磁感应小结1.电磁感应定律2.自感感应电动势ddt ddLSt BElS总电场的环路定理ddiiLt RL电路 磁场能量密度BHHBw2121222m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.（）40cmd 1220mAII121
14、0cm,25cmrrl1r2r3r1I2IldxOx0 112IBx0222()IBdxB120 10222()BBBIIxdxdBS 1210 10222()rrrIIldxxdxx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d dFI lBmMPB平面载流线圈在均匀磁场中受到的磁力矩FqBv洛仑兹力霍耳效应dIBRUHH霍耳电压磁偶极矩mPISne回顾第七章 磁场与电磁感应回顾辅助量：磁场强度 H (magneti
15、c field intensity)单位:Am10r BBH0dLLIHl内3.磁介质中的安培环路定理0BBB实验发现：对于各向同性的磁介质,有 000r BB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dLLIHl内1ddLSIHlJS2dd0LSHlJSS2L+Q-Q+-IdSJSS 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S22dDSQDSddddDdQItt 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
16、导电流产生焦耳热,位移电流不产生焦耳热位移电流和传导电流的对比dddLSIIItDHlS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.
