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法拉第电磁感应定律

下一节:电磁感应定律和磁通连续定理的普适性

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法拉第电磁感应定律课程教案、知识点、字幕

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

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WEEK1

-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

--点电荷电场及叠加原理

--点电荷电场及叠加原理(续1)

--点电荷电场及叠加原理(续2)

--点电荷电场及叠加原理(续3)

-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

--高斯定律的应用(续)

-WEEK1--高斯定律

-WEEK1--本周作业

-week1课件

WEEK2

-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

--电势和叠加原理(续)

--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

--电荷系静电能(续1)

--电荷系静电能(续2)

-WEEK2--静电能

-导体静电平衡

--物质中电场

--导体静电平衡

--导体静电平衡条件(续1)

--导体静电平衡条件(续2)

-WEEK2--导体静电平衡

-WEEK2--本周作业

-week2课件

WEEK3

-导体周围电场

--有导体时静电场的计算

--有导体时静电场的计算(续)

-WEEK3--导体周围电场

-静电屏蔽

--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

--电容及电容器(续)

-WEEK3--电容及电容器

-电介质

--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

-week3课件

WEEK4

-极化规律、电位移矢量

--电介质的极化规律

--电介质的极化规律(续)

--电位移矢量及其应用

--电位移矢量及其应用(续)

-WEEK4--极化规律、电位移矢量

-有介质时静电场能量

--有介质时静电场能量

-WEEK4--有介质时静电场能量

-电流密度、稳恒电流和稳恒电场

--电流密度

--稳恒电流和稳恒电场

-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场

-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律

--电动势

--欧姆定律

--欧姆定律(续)

-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

--电容器的充放电(暂态过程)*

-WEEK4--电流微观图像和暂态过程

-本周作业

--week4--本周作业

-week4课件

WEEK5

-洛仑兹力、磁感应强度

--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

--毕-萨-拉定律(续)

--磁场高斯定律

-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理

-静磁场环路定理

--安培环路定理及其应用

--安培环路定理及其应用(续1)

--安培环路定理及其应用(续2)

-WEEK5--静磁场环路定理

-安培力和霍尔效应

--带电粒子在磁场中的运动

--霍尔效应

--安培力

-WEEK5--安培力和霍尔效应

-WEEK5--本周作业

-week5课件

WEEK6

-载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩

-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩

-磁介质对磁场的影响和原子磁矩

--磁场中的磁介质

--原子的磁矩

-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩

-磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

--磁介质的磁化

--磁化电流

--有磁介质时磁化的规律

-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理

-WEEK6--本周作业

-week6课件

WEEK7

-铁磁介质和简单磁路

--磁场的界面关系

--铁磁性材料

-WEEK7--铁磁介质和简单磁路

-法拉第电磁感应定律

--法拉第电磁感应定律

--电磁感应定律和磁通连续定理的普适性

-WEEK7--法拉第电磁感应定律

-动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

--动生电动势

--感生电动势和感生电场

--涡电流

-WEEK7--动生电动势和感生电动势、感生电场和涡流

-自感和互感

--自感

--互感

-WEEK7--自感和互感

-WEEK7--本周作业

-week7课件

WEEK8

-暂态过程和磁场能量

--RL电路的暂态过程

--磁场的能量

-磁场和电场的相对性

--电场和磁场的相对性

-位移电流和麦克斯韦方程组

--麦克斯韦方程组和电磁波

--麦克斯韦方程组

-WEEK8--位移电流和麦克斯韦方程组

-电磁波、坡因廷矢量和光压

--电磁波

--坡印廷矢量

--电磁波的动量

--光压——辐射压强

-本周作业

--week8--本周作业

-week8课件

WEEK9

-波动光学—引言

--波动光学——引言

-WEEK9--波动光学—引言

-杨氏双缝干涉、相干光

--光的干涉

--双缝干涉

-WEEK9--杨氏双缝干涉、相干光

-光源及发光性质

--光源的发光特性

--时间相干性

--空间相干性

-WEEK9--光源及发光性质

-光程、等倾和等厚干涉

--光程

--薄膜干涉(一)

--薄膜干涉(二)

-WEEK9--光程、等倾和等厚干涉

-迈克耳逊干涉仪

--迈克耳逊干涉仪

-WEEK9--本周作业

-week9课件

WEEK10

-衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

--惠更斯原理

--单缝夫琅禾费衍射

--单缝夫琅禾费衍射(续)

-WEEK10--衍射现象、单缝夫琅禾费衍射

-光栅衍射

--光栅衍射

--光栅衍射(续)

-WEEK10--光栅衍射

-光学仪器分辨本领

--光学仪器的分辨本领

--光学仪器的分辨本领(续)

-WEEK10--光学仪器分辨本领

-X射线晶体衍射

--X射线的衍射

-WEEK10--X射线晶体衍射

-WEEK10--本周作业

-week10课件

WEEK11

-光的偏振状态和偏振片

--光的偏振状态

--光的偏振状态(续)

--起偏和检偏

-WEEK11--光的偏振状态和偏振片

-反射和折射光偏振

--反射和折射及散射光的偏振

-WEEK11--反射和折射光偏振

-晶体双折射、波片

--双折射

--双折射(续)

--波片

-WEEK11--晶体双折射、波片

-偏振光干涉、人工双折射和旋光

--偏振光的干涉

--人工双折射

--旋光现象

-WEEK11--偏振光干涉、人工双折射和旋光

-量子物理诞生和黑体辐射

--量子物理

--黑体辐射

-WEEK11--量子物理诞生和黑体辐射

-WEEK11--本周作业

-week11课件

WEEK12

-光电效应、光子和康普顿效应

--光电效应

--光子

--光子(续)

--光子(续2)

--康普顿效应

-WEEK12--光电效应、光子和康普顿效应

-物质波、波函数和概率密度

--物质波

--波函数

--波函数(续)

-WEEK12--物质波、波函数和概率密度

-不确定性关系

--不确定关系

-WEEK12--不确定性关系

-薛定谔方程

--薛定谔方程

-WEEK12--薛定谔方程

-一维无限深势阱

--一维无限深势阱

-WEEK12--一维无限深势阱

-WEEK12--本周作业

-week12课件

WEEK13

-一维问题

--一维谐振子

--势垒穿透

--扫描隧道显微镜

-WEEK13--一维问题

-氢原子能级和角动量

--原子中的电子

--玻尔理论发展的基础

--氢原子的量子力学处理

--能量量子化

-WEEK13--氢原子能级和角动量

-电子自旋、费米子和泡利不相容原理

--电子自旋与自旋轨道耦合

--碱金属原子光谱的双线

--微观粒子的不可分辨性

--各种原子核外电子排布

-WEEK13--电子自旋、费米子和泡利不相容原理

-WEEK13--本周作业

-week13

WEEK14

-X射线、激光、分子光谱简介

--video

--Video

--分子光谱简介

--激光

--光学谐振腔

-WEEK14--X射线、激光、分子光谱简介

-固体电子气模型和量子统计

--固体

--自由电子气体模型

--量子统计

-WEEK14--固体电子气模型和量子统计

-能带模型

--能带

-能带模型--作业

-本周作业

--WEEK14--本周作业

-week14

WEEK15

-半导体和PN结

--Video

--Video

-WEEK15--半导体和PN结

-原子核性质、核磁共振

--Video

--Video

--Video

-WEEK15--原子核性质、核磁共振

-放射性和衰变规律

--Video

--α衰变

--穆斯堡尔效应

--β衰变

-WEEK15--放射性和衰变规律

-结合能、核力

--核的结合能

--核力

-WEEK15--结合能、核力

-粒子物理简介

--基本粒子

-WEEK15--粒子物理简介

-本周作业

--WEEK15--本周作业

-week15课件

期末考试

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-期末考试--期末考试Part3

法拉第电磁感应定律笔记与讨论

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