第八章物理12344.ppt

8.1 法拉第电磁感应定律 8.1.1电磁感应现象 法拉第（Faraday,1791-1867）在1831年第一次发现了电磁感应现象。当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，回路中就产生电流。他称此电流为感应电流。既然有电流，当然就有相应的电动势，通常称此电动势为感应电动势。 实验表明：当导体回路不闭合时，则无感应电流但感应电动势依然存在。因此，电磁感应现象应理解为：当穿过导体回路的磁通量发生变化时，回路就产生感应电动势。 8.1.2 法拉第电磁感应定律 导体回路中的感应电动势的大小与穿过导体回路的磁通量的变化率成正比。 对于由N匝回路串联而成的电路，在整个电路中的感应电动势ε应为每匝回路中感应电动势之和 感应电流（或电动势）的方向的判定，有一个更直接的方法，这就是楞次定律。1833年楞次（H.F.E.Lenz,1804-1865）提出了这个判据：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。 8.2 动生和感生电动势 8.2.1 动生电动势 产生动生电动势的非静电力是洛仑兹力，如图所示 　　　ε= 8.2.2 感生电动势 麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831-1879）提出假设，他认为：变化 的磁场会在周围的空间激发一个电场，称之为感生电场，此感生电场对电 荷有一个电力的作用，此力就是感应电动势所对应的非静电力。 　　ε= 8.2.3 涡电流 大块导体处于变化的磁场中或在磁场中运动时，根据法拉第电磁感应定 律，其内部会产生感应电流，这些电流呈涡旋状，故称为涡电流，简称 涡流。由于大块金属的电阻很小，因此涡流可以达到非常大的强度。 强大的电流在金属内流动会产生大量的焦耳热，工业上常用这种热效应制成高频感应电炉来冶炼金属。 涡流的热效应在某些情形下也是有害的，如变压器中的铁芯会由于涡流的存在而产生大量的热，从而损失大量的能量，甚至由于发热而烧毁设备，因此为了减小涡流及其损失，通常用彼此绝缘的硅钢片叠合起来代替整块铁芯。 涡流不仅可以产生热效应，还可以产生机械效应，这种机械效应常被用于电磁制动和电磁驱动。 8.3 自感和互感 8.3.1 自感 　当通过某线圈的电流发生变化时，则电流激发的磁场会随之变化，进而穿过该线圈的磁链也会发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。这种因线圈中电流变化而在线圈自身所引起的电磁感应现象叫自感现象，所产生的感应电动势叫自感电动势。 　L称为自感系数，它的大小只与线圈的形状、大小，匝数及周围磁介质的分布有关，通常与线圈中的电流无关，在国际单位制中，它的单位为亨利（H）。 8.3.2 互感 如图所示，两相邻线圈1和2，当线圈1中的电流I1 变化时，I1激发的变化磁场会在线圈2中产生感应 电动势，线圈2中的电流I2变化时，同样会在线圈 1中产生感应电动势。这种一个线圈中的电流变 化而在附近另一个线圈中产生感应电动势的现象 叫互感现象，相应的感应电动势叫互感电动势。 M为互感系数，简称互感，它的单位也是H。M的 大小与与二线圈的大小、形状、匝数、相对位置 以及磁介质有关。 8.4 磁场的能量 8.4.1 自感的磁能 8.4.2 磁场的能量 8.5 麦克斯韦方程组 8.5.1 位移电流、全电流安培环路定理 麦克斯韦于1861年开创性地提出了位移电流假说，他假设：在变化的电场中存在一位移电流Id,而通过某一面积的位移电流就等于通过该面积的电位移通量对时间的变化率，即 在普遍情况下，磁场强度H沿任一闭合回路L的积分，等于穿过以该回路为周界的任意曲面S的全电流，即 8.5.2 麦克斯韦方程组的积分形式 8.5.3 电磁波 麦克斯韦方程组表明：变化的磁场会激发一变化的电场；而变化的电场也会激发一变化的磁场这就意味着，若空间某处有一电磁振源，它有变化的电流或电场存在，那么它就会在自己周围空间激发一变化的磁场，而变化的磁场又会在自己周围空间激发变化的电场，……这样交变的电磁场相互激发，闭合的电场线和磁场线就像链条一样一环套一环地在空间传播开去，就形成了电磁波。由于电磁波是靠电场和磁场的相互激发来传播的，故它传播并不需要介质，在真空中电磁波也可以传播。 电磁波是横波 电磁波在真空中的传播速度为 =- =- =-