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下面我们讲第20章
电磁感应
有这么九节
其中有一些视频
我们知道用矢量场的数学性质
来表达电磁学规律
就是要建立电场强度E
磁感应强度B
或者磁场强度H的通量
和环流所满足的方程
前面我们已经得到四个方程
分别是电场的高斯定理
静电场的环路定理
磁通连续定理
和稳恒磁场的环路定理
就是安培环路定理
下面把它推广到
随时间变化的普遍情况
其中电场的高斯定理
和磁通连续定理
分别是电场的普遍规律
和磁场的普遍规律
这不需要推广
需要推广的是静电场的环路定理
和磁场的安培环路定理
我们通过电磁感应实验规律
给出感生电场假设
在理论上解释磁生电的机制
推广这道方程
我们通过引入位移电流假设
推广这个方程
给出磁生电的机制
我们先看法拉第电磁感应定律
奥斯特发现电流的磁效应后
人们自然会想到磁能不能生电
1831年 法拉第发现电磁感应现象
奠定了磁生电的实验基础
后来麦克斯韦提出感生电场假设
把静电场的环路定理
推广到随时间变化的普遍情况
在理论上揭示了磁生电的机理
电磁感应现象的发现
为人类获取电能开辟了道路
引起了一场重大的工业和技术革命
我们先看法拉第实验
这是个铁环
上面绕两个线圈A和B
A和电池开关连在一起
B边上放一个磁针
法拉第发现合上开关
线圈A接通电流那一瞬间
磁针偏转 随即复原
偏转马上就复原
打开开关
A线圈中电流中断的瞬间
磁针反向偏转 随即复原
磁针偏转并且复原
说明线圈B中
出现了瞬时的感应电流
所以法拉第实验结果
给出这样的结论
磁通变化产生感应电流
以下几种情况都可以产生感应电流
比如变化的电流
运动的稳恒电流
变化的磁场
运动的磁铁
或者磁场中运动的导线
都能产生感应电流
这是一个视频 电磁感应
电磁感应现象
将条形磁铁迅速插入线圈
再迅速拔出
观察电流表指针的偏转
用条形磁铁的另一极插入或拔出
用通电线圈代替条形磁铁
做上述实验
通电线圈中放入一根铁芯
观察合上开关和断开开关的
瞬间指针的偏转
改变通电线圈的电流方向
做上述实验
1825年 瑞士物理学家科拉顿
为了避免磁铁影响电流计
特意把电流计放在另一个房间
他先把磁铁插入线圈
再跑过去观测电流计的指针的偏转
当然每次得到都是零结果
科拉顿失去了观察瞬间变化的良机
由于他实验上安排有问题
法拉第进一步发现
导体回路中的感应电流
正比于导体的导电能力
这说明感应电流是由
与导体性质没有关系的
感应电动势产生的
即使没有导体
感应电动势仍然是存在的
所以法拉第认识到
感应电动势比感应电流更为本质
进一步得到的结论是
磁通变化引起感应电动势
法拉第虽然
对感应电流的方向做了一些说明
但是没能概括地给出简单明确的阐述
后来1834年 俄国物理学家楞次
提出了感应电流方向的判据
就是楞次定律
导体回路中感应电流的方向
总是使得感应电流所激发的磁场
阻碍引起感应电流的磁通量的变化
这是楞次定律
当然楞次定律表述的感应电流的方向
是能量守恒定律的必然结果
这个中学我们都讨论过
这是一个视频 楞次定律
楞次定律
该实验用来演示楞次定律
一个小铝环开有缺口
一个完全闭合
用永磁铁棒插入开有缺口的小铝环
铝环静止不动
再插入闭合的小铝环
铝环明显地随之移动
1845年 诺埃曼在
法拉第和楞次研究的基础上给出
法拉第电磁感应定律的解析表达式
ε=-dΦ/dt
Φ是通过线圈的磁通量
ε是产生的感应电动势
这就是法拉第电磁感应定律
可以这样表述
当穿过回路的磁通量发生变化的时候
回路中感应电动势的大小
与穿过回路的磁通量
对时间的变化率成正比
感应电动势的方向
按照楞次定律去判定
如果你的回路由N匝线圈串连而成
公式中的Φ就应该换成全磁通
Φ1+Φ2等等
在法拉第电磁感应定律的表达式中
负号体现的是楞次定律
但是必须约定ε和Φ的正方向
成右手螺旋关系
这是Φ的正方向
这是ε的正方向
一定是右手螺旋关系
这种关系
这样负号才体现楞次定律
注意这个负号的意义
如何计算感应电动势呢
我们给出两种方法
第一是按照这个公式去计算
按照公式计算的时候
一定要注意这个负号的意义
我们设定回路L的绕向
和磁场B的方向互成右手螺旋关系
并且把L的绕向定义成ε的正方向
比如这是B的方向
我定义设定L的绕向
和B的方向成右手螺旋关系
这个时候如果dΦ/dt<0
Φ随着时间减少的话
按照这个公式 ε是大于0的
ε大于0表明ε的方向
与L的绕向是相同的
否则假如dΦ/dt>0
按照这个式子ε应该小于0
这个时候呢ε的方向与L的绕向相反
这是一种方法
我们设定回路L的绕向
和B的方向互成右手螺旋关系
然后按照这个式子去计算
还有简单的方法
我先按照这个式子
算出ε的大小
这是绝对值
然后再按照楞次定律
去判定ε的方向
这两种方法都可以
这节就讲到这儿 谢谢
-电荷和库仑定律
--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理,电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理,电偶极子
-高斯定律
--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-静电场环路定理、电势和叠加原理
--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
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-WEEK3--导体周围电场
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--导体壳与静电屏蔽
-WEEK3--静电屏蔽
-电容及电容器
--电容及电容器
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--介质对电场的影响
-WEEK3--电介质
-极化强度矢量,极化电荷
--极化强度
--极化电荷
-WEEK3--极化强度矢量,极化电荷
-WEEK3--本周作业
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--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
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-电流密度、稳恒电流和稳恒电场
--电流密度
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-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
--电动势
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-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
-电流微观图像和暂态过程
--电流微观图像
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-本周作业
--week4--本周作业
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--电流磁效应
--磁场和磁感应强度
-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度
-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
--毕-萨-拉定律
--磁场高斯定律
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