1、1電磁感應和麥克斯韋電磁理論 2 12-1 電磁感應及其基本規律 12-2 互感和自感 *12-3 渦流和趨膚效應 12-4 磁場的能量 12-5 超導體的電磁特性 12-6 麥克斯韋電磁理論 12-7 電磁波的產生和傳播 *12-8 電磁波理論*12-9 電磁場的能量和動量 第十二章 電磁感應和麥克斯韋電磁理論31820年, 奧斯特發現電流的磁效應以后，引起不少人從事它的逆現象的研究， 即電流能夠產生磁場， 反過來磁場能產生電流嗎？1823年, 科拉頓實驗1829年, 亨利發現發現通電線圈突然中斷時，中斷處出現電火花, 此即自感現象, 但未發表1851年，法拉第總結出電磁感應定律，并被推選為

2、英國皇家學會會長1831年8月29日，法拉第發現了電磁感應現象 1831年11月24日的論文中，法拉第把產生感應電流的情況概括成五類：變化著的電流；變化著的磁場；運動的恒定電流；運動的磁場；在磁場中運動的導體 1821年, 法拉第開始轉向電磁學的研究 電流 磁場 產生 ?歷史背景4Michael Faraday,1791-1867 開爾文勛爵在紀念法拉第的文章中說： “他的敏捷和活躍的品質，難以用言語形容。他的天才光輝四射，使他的出現呈現出智慧之光，他的神態有一種獨特之美，這是有幸在他家里見過他的任何人都會感覺到的: 從思想最深刻的哲學家到最質樸的兒童。”5 12-1 電磁感應及其基本規律 一

3、、電磁感應現象 (electromagnetic induction phenomenon) 1. 磁場相對于線圈或導體回路改變大小和方向 實驗表明，磁場相對于線圈或回路改變大小或方向，會在回路中產生電流，并且磁場變得越迅速，產生的電流越大實驗1 現象？結論：運動產生電流？ 實驗2 線圈A接外電路， 改變R, 現象？v磁棒換成線圈？ v 越大, 電流越大問題：B 不變時， 會否有電流 I 產生 ？R12GmR改變越快，產生電流越大R、v 的改變實質上都是B的改變62. 線圈或導體回路相對于磁場改變面積和取向實驗表明，導體回路相對于磁場改變面積和取向會在回路中產生電流，并且改變得越迅速，產生的電

4、流越大。實驗3 現象？線圈面積 S 發生變化 邊ab靜止/反向滑動，現象？ 實驗4 現象？接電流計線圈面積 S未變化，但 S 相對磁場 B 的夾角發生變化 7 綜上所述， B、S、的變化，最終效果都使得穿過線圈的磁通量 發生變化，從而在閉合線圈或導體回路中產生電流 電流與電動勢相比，電動勢具有更根本的性質當回路不閉合時，沒有電流產生但仍有感應電動勢;I=I(R) 但與R 無關 由磁通量的變化所引起的回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 當穿過導體回路的磁通量發生變化時，回路中必定產生感應電動勢。把由于磁通量變化產生感應電

5、動勢的現象，統稱為電磁感應現象。8二、電磁感應定律(electromagnetic induction law) 1. 法拉第電磁感應定律 如果回路有n匝線圈，穿過每匝的 為1,2,n，那么 =1 + 2 + + n 如果每匝 都相等于，則 n 導體回路中感應電動勢 的大小與穿過該回路的磁通量的時間變化率成正比，式中負號代表 方向與磁通變化方向相反， 和 都是標量1. 標定 和 的正方向; 2. 確定 的正負 N(0)(0)( 0) 2. 楞次定律+ ( 0)規定兩個標定方向滿足右手螺旋關系 確定 方向四步法 ： 4. 由 確定的方向 3. 確定d /dt的正負9 2. 楞次定律(Lenzs

6、law) 閉合回路中感應電流的方向，總是使得它所激發的磁場 阻礙引起感應電流 的磁通量的變化 1. 確定原磁通 方向(向上）2. 確定原磁通 增減 （增）3. 感應電流的磁通 方向與 相反(向下) 4. 感應電流方向與磁通 成右手螺旋關系 楞次定律四步法N+I效果:原因: 線圈排斥或吸引磁鐵 磁通增加或減少 感應電流的效果總是反抗 引起感應電流的原因10 “阻礙”或“反抗”是能量守恒定律在電磁感應現象中的具體體現。磁棒插入或拔出線圈回路時，感應電流所釋放出的焦耳熱不能無中生有，只能是外力克服磁場力作功轉化的效果:原因: 導線ab受磁場力向左導線ab向右運動 反之，假如電流產生的作用不是反抗導線運動，而是幫助導線運動，只要最初使導線作微小的移動，以后它就會越來越快的運動下去，獲得無窮大的能量，違背能量守恒和轉化定律 11三、感應電動勢 (induction electromotive force) 導體在磁場中運動所產生的感應電動勢。 1. 動生電動勢 a babf在運動導體上產生的動生電動勢為 注意：1. 不要求回路；2. 在磁場中運動的導體； 3. 導線運動必須切割磁感應線。 2. 感生電動勢 作用于自由電子的洛倫茲力 大小等于作用于單位正電荷的洛倫茲力 提供動生電動勢的非靜電力，該力所對應的非靜電性電場為對應第二類電磁感應現象e12 LO例 1: 長為