感应电场.ppt

* * 稳恒磁场, 变化回路 导线 L 在外磁场中运动时 L内自由电子受到磁场力作用： 第2节 感应电动势 Induced emf’s L 变化磁场,静止回路 动生电动势 感生电动势 1. 动生电动势 ?动 非静电场 ?动的机制：洛仑兹力引起的 非静电力 — + 动生电动势定义 i ? ? 注意： 解法一：由定义 方向： 解法二: 用法拉第定律 顺时针方向 b a c 例. 在均匀磁场B中,金属杆ab沿导体框向右以v 运动,如图, ? =60o, 且dB/dt = 0,求其上的?i ? 例. 金属杆oa长L，在匀强磁场B中以角速度?逆 时针绕o点转动。 求杆中感应电动势的大小、方向。 解法一: 方向: 根据法拉第电磁感应定律 解法二： 任意时刻通过扇形截面的磁通量 根据动生电动势定义 取微分元 o a a? 举一反三： 两种说法是否矛盾呢？ 请思考：动生电动势的产生是洛伦兹力对导体棒中运动电荷做功的结果。但是 ? f洛不作功! 运动导体内的电子同时参与两个方向的运动： 方向, 随导体运动； 方向, 电子漂移形成电流。 总洛仑兹力 v1 a b f1 v2 V F f2 不矛盾~~！ 总洛仑兹力 F不作功 分力1 f1作正功，驱动电子向a端聚集 f2作负功，阻碍导体棒运动 v1 a b f1 v2 V F f2 分力2 洛仑兹力的作用 并不提供能量！ 要使棒 ab 保持v 运动，则必有外力作功： 即 它只传递能量！ 输入：机械能 输出：电能 发电机的能量转换 请思考： 中能引入势函数吗？ 但它对在场中的导体提供电动势： 1o导体不闭合时?使导体内电荷重新分布?产生Ee 静电平衡时： 由于 的存在，则出现电势。 则导体内的总电场： 2o在导体内有 静电平衡时：E = 0 即 开路时电源的端电压 是非保守力场，故不能 感应电动势的产生机制： 磁场变化,静止在磁场中的导体产生的电动势。 2. 感生电动势 驱动绿线圈中电荷运动的不是洛伦兹力 是静电场E？ 线圈1中，I ? 变化时， 线圈2中出现感应电流Ii 两个静止的线圈 G 1 2 E为保守力场. 静电场E不能为闭合回路运动的电荷提供能量。 这种非静电力能对静止电荷发生作用，所以它本质上应该是电场力！ 麦克斯韦 那就叫 “感应电场”好了！ 磁场变化的同时 感应电场 激发 引起 感生电动势 实验证明：感应电场确实 客观存在，并且可以扩展 到原磁场未达到的区域 又根据法拉第电磁感应定律,有 的环路定律 若导体为闭合回路,则 感生电动势 反应了感应电场和变化磁场之间的关系。 的特点： 1o 与 一样, 对场中的电荷有力的作用。 2o 不依赖空间是否有导体存在。 4o 是非保守力场 3o 的方向 感应电场的电场线是无 头无尾的闭合曲线,在轴 对称的变化磁场中,电场 线是一些同心圆. ——涡旋场。 可用楞次 定理判断 所以单纯的感应电场中不存在电势的概念。 静电场 感应电场 由静止的电荷激发 由变化的磁场激发 高斯定理 电力线不闭合有源无旋场 电力线闭合有旋无源场 保守场 非保守场 环路定理 使导体产生静电感应 使导体产生电磁感应 平衡时导体内场强E =0 导体内产生感应电动势 导体是等势体 不能形成持续电流 形成感应电流 对场中的电荷有力的作用, 若有导体存在都形成电流 内 （1）涡流 将导体块放置在Ei中, 则在导体中将产生闭合感应电流→涡流。 。 。 ~ 有时，涡流是有害的，它不仅消耗电功率，而且降低设备能量利用效率。 感应电场的应用 。 。 ~ 坩埚 ——高频电磁感应炉 （焦耳热正比于外加电流频率） 有时，可以利用涡流的热效应。 ——阻尼摆 （2）电子感应加速器 原理：用变化磁场所激发的感应电场来加速电子 电磁铁的两极+环形真空室， 交变磁场 同心环状的感应电场 环形室内 交流电在前 1/4周期时，假定管 中的感应电场是顺时针的 电子受力： （切向加速） （向心力） 2千米 美国费米国立加速器鸟瞰图 全长240米 北京正负电子对撞机的储存环 加速器的成功证实了感应电场的客观存在! 请思考： 为什么在电流 I 的每一个变化周期里， 只有前1/4周期是在给电子加速？