12電磁感應知識總結

2022-03-05 16:04:42 字數 2597 閱讀 5176

§12.1 電磁感應的基本規律

一、電動勢

電動勢:非靜電力把單位正電荷從負極通過電源內部搬移到正極所做的功。

電動勢是標量,但具有正方向(電源內部電勢公升高的方向)。電動勢是表徵電源本身性質的物理量,與外電路無關。

二、法拉第電磁感應定律

只要使穿過閉合導體迴路的磁通量發生變化,此迴路中就會有電流產生。 由磁通量的變化所引起的迴路電流稱為感應電流。在電路中有電流通過,說明這個電路中存在電動勢,由磁通量的變化所產生的電動勢稱為感應電動勢。

實驗表明,感應電動勢正比於磁通量對時間變化率的負值,這就是法拉第電磁感應定律。在國際單位制中,有

其中為磁通量,負號表示感應電動勢總是反抗磁通量的變化,由楞次定律說明。

電動勢方向的判斷:(1)先在所給迴路中選定方向,並用右手判斷出迴路所構成的積分面的法線方向;(2)根據給出的磁場方向判斷出磁通量的正負,與夾角小於90度時,與夾角大於90度時;(3)若磁感應強度在迴路中增大,則與同號,若減小,則異號;(4)進一步判斷的正負,若則電動勢方向與相同,若則電動勢方向與相反。

對於n圈導線,則把換成(磁通鏈數),則電動勢為。

若閉合迴路的電阻為r , 則感應電流

在δt時間內,通過迴路的感應電荷

感應電流與迴路中磁通量隨時間的變化率有關;感應電荷只與迴路中磁通量的變化量有關。

三、楞次定律

閉合迴路中感應電流的方向,總是使得它自身所產生的磁通量反抗引起感應電流的磁通量的變化。

§12.2 動生電動勢與感生電動勢

引起磁通量變化的原因:

()(1)動生電動勢:穩恆磁場中的導體運動, 或者迴路面積變化、取向變化等(變s);

(2)感生電動勢:導體不動, 磁場變化(變b)。

一、動生電動勢

速度為v的導體在磁場中的動生電動勢為,

其中dl為導體上的線元。通常利用上式對動生電動勢進行計算。

★計算動生電動勢

解題步驟:

(1)寫出磁感應強度b的分布(由題目給出,或者無限長直導線,或其它);

(2)沿運動的導線,選定積分路徑的方向,並判斷的方向得出其與的夾角,從而寫出的大小(當v與b垂直時為)。

(3)由於為標量,對其直接進行積分;當時電動勢方向與選定的方向相同,時則與方向相反。

注:計算感應電動勢時也可先不糾結的方向,只是按照求出的大小,最後再利用判斷的方向。

★計算其他電動勢

計算其他形式電動勢的解題步驟基本如下:

(1)寫出磁感應強度b的分布(由題目給出,或者無限長直導線,或其它);

(2)計算磁通量:以導體迴路為積分面(如果導體本身不構成迴路,則取電動勢為零的輔助線與所求導體構成迴路),選定積分面的法線方向,根據其與磁場的夾角判斷磁通量的正負(對於非均勻場需要根據磁場分布取線元然後進行積分);

(3)根據電磁感應定律得出電動勢。當時電動勢方向與選定的法線方向成右手螺旋關係,時則相反。

二、感生電動勢有旋電場

穿過導體迴路的磁場發生變化時, 產生的感應電動勢稱為感生電動勢。

1. 渦旋電場

變化的磁場在其周圍空間激發出一種新的渦旋狀電場, 不管其周圍空間有無導體, 不管周圍空間有否介質還是真空; 稱其為渦旋電場。

2. 渦旋電場的性質

(1)只要有變化的磁場, 就有渦旋電場。渦旋電場不是由電荷激發的。

(2)渦旋電場的電場線是環繞磁感應線的閉合曲線,渦旋電場的環流不為零,為無源場。

3. 感生(渦旋)電場與靜電場的比較

共同處:這兩種電場都對電荷有力的作用。

不同處:

(1)電場激發:靜電場是由電荷激發;渦旋電場是由變化磁場激發。

(2)電場線:靜電場線——不閉合, 有頭有尾;渦旋電場線——環繞磁感應線的閉合曲線。

(3)電場的環流:靜電場的環流為零;渦旋電場的環流不為零。

(4)電通量:靜電場對閉合曲面通量不為零;渦旋電場通量為零。

4. 計算感生電動勢

方法1:運用法拉第電磁感應定律, 即

先求線圈所在處的磁通量,再求磁通量的變化率。

方法2:運用ek的環流定理, 即

可見,的方向與的方向需用左手進行判斷(計算一段非閉合線路的電動勢,需要取使得(也就是與垂直)的輔助線得到閉合迴路,然後通過計算迴路中磁通量的變化得出感應電動勢,由於輔助線上電動勢為零,則迴路中電動勢即為非閉合線路的電動勢)。

§12.3自感和互感

一、自感現象自感係數自感電動勢

1.自感現象:線圈電流變化→穿過自身磁通量變化→**圈中產生感應電動勢

2.自感係數:由於穿過線圈自身的磁通量與電流成正比可得出自感係數的定義

3.自感電動勢:若自感係數不變,則

二、互感現象互感系數互感電動勢

1. 互感現象:線圈1中的電流變化引起線圈2的磁通量變化,線圈2中產生感應電動勢。

2. 互感系數:穿過線圈 2 的磁通量正比於線圈1中電流 i ,則可得出互感系數定義

3. 互感電動勢:若互感系數不變,則

可以證明。兩個線圈的互感與各自的自感有一定的關係:。

自感、互感系數計算:

自感係數:根據題設條件求出磁通量,則自感係數為。

互感系數:設其中一條的電流為i,算出另一條的磁通量,則互感系數為。

§12.4 磁能

線圈中的磁場能量(自感磁能, 電源反抗自感電動勢作的功)

磁場的能量密度

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