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1、1第8章電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)電磁場電磁場電與磁之間有著密切的聯(lián)系上章所討論的電流產(chǎn)生磁場以及磁場對電流的作用就是這種聯(lián)系的一個方面.這種聯(lián)系的另一方面就是隨時間變化的磁場可以產(chǎn)生電場以及隨時間變化的電場也可以產(chǎn)生磁場.這些現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)使人們有可能大規(guī)模地把其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能為廣泛使用電力創(chuàng)造了條件大大推動了生產(chǎn)力的發(fā)展.本章在介紹法拉第電磁感應(yīng)定律的基礎(chǔ)上研究隨時間變化的磁場產(chǎn)生電場的規(guī)律;在麥克斯韋位移電流假設(shè)的基礎(chǔ)上研究隨時間變化的電
2、場產(chǎn)生磁場的規(guī)律并簡單介紹麥克斯韋的電磁理論.8.1電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1820年奧斯特關(guān)于電流的磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)引起了科學(xué)界的普遍關(guān)注對其逆現(xiàn)象是否能夠發(fā)生進行了大量的研究.英國物理學(xué)家法拉第(M.Faraday1791—1867)經(jīng)過十多年的辛勤努力終于在1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象.其內(nèi)容為:不論采用什么方法只要使通過導(dǎo)體回路所包圍面積的磁通量發(fā)生變化則回路中便會有電流產(chǎn)生.這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)這種現(xiàn)
3、象所產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流.關(guān)于感應(yīng)電流的方向楞次(Lenz)于1833年從實驗中總結(jié)出一條規(guī)律稱為楞次定律其內(nèi)容為:感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通量總是反抗回路中原磁通量的變化.二、法拉第電磁感應(yīng)定律二、法拉第電磁感應(yīng)定律在閉合導(dǎo)體回路中出現(xiàn)了電流一定是由于回路中出現(xiàn)了電動勢.當(dāng)穿過導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流就說明此時在回路中產(chǎn)生了電動勢.由這一原因產(chǎn)生的電動勢叫感應(yīng)電動勢其方向與感應(yīng)電流的方向相同.但應(yīng)注意如果導(dǎo)體回路不閉合
4、則回路中無感應(yīng)電流但仍有感應(yīng)電動勢.因此從本質(zhì)上說電磁感應(yīng)的直接效果是在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.關(guān)于感應(yīng)電動勢法拉第通過對大量實驗事實的分析總結(jié)出如下結(jié)論:無論什么原因使通過回路的磁通量發(fā)生變化時回路中均有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生其大小與通過該回路的磁通量隨時間的變化率成正比.這一規(guī)律稱為法拉第電磁感應(yīng)定律.在SI單位制中其數(shù)學(xué)表達式為(8.1)dtdi????式中Φ是通過導(dǎo)體回路的磁通量若回路由N匝線圈組成且通過每匝線圈的磁通量均相等則式中磁通量
5、Φ要用磁通匝數(shù)(磁鏈)代替.???N式中負(fù)號是考慮與Φ的標(biāo)定正方向滿足右手螺旋關(guān)系所引入的它是楞次定律i?38.2動生電動勢動生電動勢一、動生電動勢一、動生電動勢電磁感應(yīng)現(xiàn)象雖然種類繁多但可以把它們分為兩大類一類是磁場相對于線圈或?qū)w回路改變其大小和方向而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象另一類是線圈或?qū)w回路相對于磁場改變其面積和取向而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象.我們將磁場不隨時間變化僅由導(dǎo)體或?qū)w回路相對于磁場運動所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢稱為動生電動勢.如圖8.
6、2所示在方向垂直于紙面向里的勻強磁場B中放置一矩形導(dǎo)線框abcd其平面與磁場垂直;導(dǎo)體ab段長為l可沿cb和da滑動.當(dāng)ab以速度υ向右滑動時線框回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢即為動生電動勢.某時刻穿過回路所圍面積的磁通量為BlxBS???隨著ab的運動其磁通量在變化由式(8.1)可得動生電動勢為abBldtdxBldtd????????????即(8.2)???Blab負(fù)號表示動生電動勢的方向與標(biāo)定正方向相反即從a→b.二、動生電動勢的電子論
7、解釋二、動生電動勢的電子論解釋我們知道電動勢是非靜電力作用的表現(xiàn).引起動生電動勢的非靜電力是洛侖磁力.當(dāng)導(dǎo)體ab向右以速度υ運動時其內(nèi)的自由電子被帶著以同一速度向右運動因而每個電子都受到洛侖磁力作用Bef???????把這個作用力看成是一種等效的“非靜電場”的作用則這一非靜電場的場強應(yīng)為(8.3)BefEk?????????根據(jù)電動勢的定義有(8.4)BlldBldEbakab??????????????????)(這一結(jié)果與直接用法拉
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