大学物理电磁感应幻灯片.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * I I 例 长为 l 的螺线管，横断面为 S ，线圈总匝数为 N ，管中磁介质的磁导率为 ? ，求自感系数。 n=N/l，单位长度上的匝数，V=lS，是螺线管的体积。 例 解 第二节 自感 提高 自感系数 的途径 增大V、提高 n、放入 ? 值高的介质。 求自感系数的步骤： 1. 设线圈中通有电流 I 2. 求 B 3. 求全磁通 4. 第二节 自感 有一电缆，由两个“无限长”的同轴圆桶状导体组成，其间充满磁导率为 ? 的磁介质，电流 I 从内桶流进，外桶流出。设内外桶半径分别为 R1 和 R2 ，求长为 l 的一段导线的自感系数。 磁场只存在于内外桶之间 例 解 第二节 自感 电路中有自感与没有时比较： 分析RL串联电路，开关指向1时L要出现自感电动势并在其中建立磁场： 从上式可知，开关接通1的瞬间，电流不能立刻增长到最大值，增长快慢与R、L有关。当t=L/R=τ时为最大电流值的(1-1/e)倍，即63.2%。 τ = L/R叫做RL电路的时间常数或弛豫时间。 二、RL电路 第二节 自感 第二节 自感 当t→∞时电流达到最大电流值，即稳定电流 I0=ε/R。 如果此时将开关指向2，断开电源，L中的磁场要消失，电路中电流不会立刻为零，而是要经过一个衰减过程： 当t=L/R=τ时为最大电流值的1/e倍，即36.8%。 一个自感很大的电路，当切断电源时电流变化值很大，回路中将产生很大的自感电动势，会在开关两端产生火花或电弧，为此电路中要增加灭弧装置。但日光灯镇流器正是利用这一作用来点燃日光灯的。 第二节 自感 以RL电路为例，在接通电源时，其中的电流增长，同时在Ｌ中建立起磁场： 第三节 磁场的能量 电源所作的功 电阻上的焦耳热 电源反抗自感电动势作的功，建立了磁场 磁场的能量： 以长直螺线管为例考虑磁场能量 由此得到单位体积内磁场的能量，即能量密度： 因为B=?H，能量密度也可表示为： 在体积V内磁场能量为： 第三节 磁场的能量 例 一根长直电缆，由半径为 R1 和 R2 的两同轴圆筒组成，稳恒电流 I 经内层流进外层流出。 试计算长为 l 的一段电缆内的磁场能量。 R2 R1 I r 先求r处的磁感应强度： 则可得r处的能量密度，同时在r处取dV为厚dr的圆筒： 例 解 第三节 磁场的能量 也可由能量法求自感系数 第三节 磁场的能量 第四节 电磁场及其传播 当参考系变换时，电场与磁场之间 可以相互转化，这反映电场、磁场 是同一物质——电磁场的两个方面 。法拉第电磁感应定律涉及到变化 的磁场能激发电场，麦克斯韦在研 究了安培环路定理运用于随时间变 化的电路后，提出了变化的电场激 发磁场，从而进一步揭示了电场和磁场的内在联系及依 存关系，麦克斯韦总结出来的电磁现象的实验规律归纳 成体系完整的普遍的电磁场理论——麦克斯韦方程组。 进而从理论上预言了电磁波的基本特性。 ++++ ---- I K 电路中开关合上或断开时，电容器中存在变化的电场，但电路导线上的电流在电容的两极板间中断了。因而对整个电路来讲，传导电流是不连续的。 为此，麦克斯韦引入了位移电流的概念。 在冲、放电过程中，面积为S 的电容器极板上的电荷q以及电荷面密度σ、极板间的电位移D和通过极板的电位移通量Φe都是随时间改变的。这时的传导电流为： 并且电位移通量Φe对时间变化率 dΦe/dt 数值上等于传导电流强度Ic。 一、 位移电流(displacement current) 第四节 电磁场及其传播 在有电容器的电路中，极板间被中断的传导电流 I，可以由位移电流 Id 继续下去，从而构成了电流的连续性。 电场中某一点位移电流密度矢量等于该点电位移矢量对时间的变化率；通过电场中某一截面的位移电流等于通过该截面电位移通量对时间的变化率，即 位移电流 第四节 电磁场及其传播 位移电流与传导电流的关系 ★位移电流与传导电流在产生磁效应上是等效的。 ★产生的原因不同：传导电流是由自由电荷运动引起的，而位移电 流本质上是变化的电场。 ★通过导体时的效果不同：传导电流通过导体时产生焦耳热，而位 移电流不产生焦耳热。 第四节 电磁场及其传播 以 表示位移电流产生的磁场强度： 与回路L中 成右手螺旋关系。 通过某一截面的全电流是传导电流 I和位移电流 Id 的代数