大学物理第17章 电磁感应.pptVIP

§17.4自感self-induction实际线路中的感生电动势问题一.自感现象自感系数线圈由于自身线路中电流的变化，而在自身线路中产生感应电流的现象－自感现象自感系数的定义定义取决于线路的物理结构,包括大小、形状、匝数、介质等。自感电动势的方向总是要它阻碍回路本身电流的变化.实验B：慢亮、慢熄例7、求长直螺线管的自感系数几何条件如图解：设通电流I总长总匝数几何条件介质或L国际单位:H亨(利)1H=1??sRLabL§17.6磁场的能量一、实验现象及分析二、能量转化的定量分析（以RL回路为例）K接a端，K接b端，能量储存在自感线圈的磁场中能量从自感线圈的磁场中释放K闭合回路方程积分i灯泡A先亮,B晚亮；灯泡A立即熄灭，B延迟熄灭磁场能量密度电源提供的总能量电源克服自感电动势作的功电阻上消耗的能量自感线圈中的能量(磁场)三、磁场能量与磁场能量密度（以长直螺线管为例）RLi储能器件C存在场中通过平板电容器得出下述结论通过长直螺线管得出下述结论在电磁场中普遍适用各种电场磁场静电场磁场类比LIR1R2l例8、无限长同轴电缆，由半径分别为R1、R2的两个同轴圆筒组成，电流由内圆筒出去，经外圆筒返回形成闭合回路。两圆筒之间充满磁导率为的介质。求：1）长度为l的一段电缆中的磁场能量；2）长度为l的一段电缆的自感系数L。解：磁场能量由安培环路定理求磁场分布取半径r，宽dr的同轴圆柱面求自感系数L根据定义：根据能量：IR1R2lS把安培环路定理推广到不闭合电流的回路时出现了矛盾§17.7变化电场产生的磁场(麦克斯韦方程组)II在串有电容器的电路中，给电容器充电时在某时刻回路中传导电流强度为IS1取S1S2取S2取回路L计算B的环流1、场客观存在环流值必须唯一2、定理应该具有普适性L麦克斯韦认为一切电磁现象及其规律都是电场与磁场性质、变化以及相互联系（作用）在不同场合下的表现。因此假设位移电流的存在，把安培环路定理推广到非闭合电流情况下也适用电容器充电过程中，极板间存在变化的电场I0I0S设极板带电量q,在电场中取一与极板等大的平行截面SIIS说明二者量纲相同Maxwell定义：位移电流displacementcurrent方向也相同全电流：通过某截面的全电流是通过该截面的传导电流和位移电流的代数和I0不连续处必有Id接续—全电流连续I0和Id在产生磁场方面完全等效I0I0LS1S2安培环路定理(真空中)取S1取S2Id两结果完全一致真空中，位移电流可表示为例2半径R的两块圆板构成平板电容器，以匀速充电使电容器两板间电场的变化率为dE/dt,求电容器两板间的位移电流，并计算电容器内离两板中心连线r处的磁感强度。解：电容器两板间的位移电流为IId忽略边缘效应，磁场具有对称性取半径r的圆形回路L，应用安培环路定理：方向L小结：a.位移电流揭示了电场和磁场之间内在联系，反映了自然现象的对称性b.法拉弟电磁感应定律表明变化的磁场能产生涡旋电场；位移电流的观点说明变化的电场能产生磁场c.电场和磁场的变化永远互相联系着，形成统一的电磁场麦克斯韦提出了两个假设：变化的磁场可产生涡旋电场变化的电场(位移电流)可产生磁场麦克斯韦电磁场理论基础麦克斯韦方程组对静电场和稳恒磁场有稳恒磁场的安培环路定律静电场的高斯定理静电场的环路定律稳恒磁场的高斯定理空间既有静电场和稳恒磁场，又有变化的电场和变化的磁场麦克斯韦方程组物理意义概括：方程1：任何闭合曲面的电位移通量只与该闭合曲面内自由电荷有关，同时反映了变化的磁场所产生的电场总是涡旋状的----电场的高斯定理方程2：变化的磁场产生涡旋电场,即变化的磁场总与电场相伴----法拉弟电磁感应定律方程3：任何形式产生的磁场都是涡旋场，磁力线都是闭合的方程4：全电流与磁场的关系，揭示了变化电场产生涡旋磁场的规律，即变化的电场总与磁场相伴----磁场的高斯定理----全电流定律在各向同性介质中，电磁场量之间有如下的关系根据麦克斯韦方程组、电磁场量之间关系式、初始条件及电磁场量的边界条件，可以确定任一时刻介质中某一点的电磁场伏打电池——电池