【正文】 2. 磁懸浮實(shí)驗(yàn) 當(dāng)細(xì)繩系著的永久磁鐵落向超導(dǎo)盤時(shí) ， 磁鐵將會(huì)被 懸浮在一定的高度上 而不觸及超導(dǎo)盤 。 超導(dǎo)的特性及應(yīng)用有著廣闊的前景 。 在低溫物理作出的杰出貢獻(xiàn)，獲得1913年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這個(gè)溫度稱為 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 或 超導(dǎo)臨界溫度 ，上述現(xiàn)象稱為 超導(dǎo)電現(xiàn)象 或 零電阻現(xiàn)象 。 當(dāng) R = 0時(shí)， ?* = 0， 放電過(guò)程 開始時(shí)電容器中原來(lái)積累的電量減少，線圈中電流增大，電容器所儲(chǔ)存的靜電能逐漸轉(zhuǎn)化成為電感元件中的磁能；當(dāng)電容器放電完畢時(shí)，全部靜電能都轉(zhuǎn)化成了磁能。 當(dāng) t=? 時(shí)， i= I0； 當(dāng) t=3? 時(shí)， i= I0； 當(dāng) t=5? 時(shí)， i= I0. ,RidtdiL ?－?/0 teI ???i I0 t L?i 0?? RidtdiL 電磁感應(yīng) 64 二、 RC電路的暫態(tài)過(guò)程 ,??? RC uu??? CqdtdqR?開關(guān) K接到位置 1，電容器將被充電；隨著電量 q的逐漸增加，其電壓 uC隨之增加，且有 由于 ，則 dtdqi /?──電容器充放電過(guò)程。 125 暫態(tài)過(guò)程 電磁感應(yīng) 63 ?當(dāng)電流達(dá)到極大值 I0時(shí)，開關(guān) K與 2接通，此時(shí)電路中的電流 i衰減 tLReRi?? ?自感的作用將使電路中的電流不會(huì)瞬間突變。的 磁介質(zhì) 。 設(shè)兩個(gè)線圈上的電流分別為 I1和 I2， 它們各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為 H1和 H2， 磁感應(yīng)強(qiáng)度分別為 B1和 B2，則 總的磁場(chǎng)強(qiáng)度 、 磁感應(yīng)強(qiáng)度 和 磁能 分別為： 12H H H?? ， 12B B B??12mW B H d V????? 1 2 1 21 ( ) ( )2 B B H H d V? ? ? ????1 1 2 2 1 2 2 11 ()2 B H B H B H B H d V? ? ? ? ? ? ? ????式中前兩項(xiàng)分別為兩個(gè)線圈的 自感磁能 ，后兩項(xiàng)為 互感磁能 。mm WW ?同理， 先合開關(guān) k2使線圈 2充電至 I2 ，然后再合開關(guān) k1保持 I2 不變，給線圈 1 充電，得到儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的 總能量 為： 21 IMIW M ?12212112222211 21212121 IIMIIMILILW ????m總磁能 寫成對(duì)成形式： ? ??????kikjijijijiii IIMILW1)(1,2m 2121推廣到 k個(gè)線圈： 當(dāng)線圈 1中 I1產(chǎn)生的通過(guò)線圈 2的磁通與線圈 2中I2在自身中產(chǎn)生的磁通同號(hào)時(shí) ， I 1與 I 2同號(hào) ，WM為正；否則為負(fù) 。 124 磁場(chǎng)的能量 引入： 1)電容器充電，儲(chǔ)存 電場(chǎng) 能量 22121 CUQUWe ??2)電流激發(fā)磁場(chǎng)，也要供給能量，所以磁場(chǎng)具有能量。 以上是完全耦合 (無(wú)漏磁 )情況下推導(dǎo)的，即彼此磁場(chǎng)完全穿過(guò)。 電壓互感器 電流互感器 互感的計(jì)算 ?假設(shè)一個(gè)線圈電流 I分布； ?計(jì)算該線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在另一線圈產(chǎn)生的磁通量 ? ； ?由 M =? /I求出互感系數(shù) . 電磁感應(yīng) 51 【 例 】 計(jì)算 同軸螺旋管 的互感。 ?單位：亨利 (H) 12?1 互感電動(dòng)勢(shì) dtdIMdtd 12121 ????? －dtdIMdtd 21212 ????? －說(shuō)明： (1) 互感系數(shù) M在數(shù)值上等于 1個(gè)線圈中的電流隨時(shí)間的變化率為 1個(gè)單位時(shí) ， 在另 1個(gè)線圈中所引起的互感電動(dòng)勢(shì)的絕對(duì)值； (2)負(fù)號(hào)表明 ， 在 1個(gè)線圈中所引起的互感電動(dòng)勢(shì)要反抗另 1線圈中電流的變化； (3) 互感系數(shù) M是表征互感強(qiáng)弱的物理量 ， 是兩個(gè)電路耦合程度的量度 。該電動(dòng)勢(shì)叫 互感電動(dòng)勢(shì) 。 rIB??2?l drrIl drBd ??? 2???21 RrR ??1212ln22 RRIldrlrIRR ?????? ??? ?12ln2 RRIlL ??? ???電纜單位長(zhǎng)度的自感 : 解：根據(jù)對(duì)稱性和安培環(huán)路定理，在內(nèi)圓筒和外圓筒外的空間磁場(chǎng)為零。 ?自感電動(dòng)勢(shì)反抗線圈中電流變化； ?L越大回路中電流越難改變。 自感電動(dòng)勢(shì) 自感電動(dòng)勢(shì)的方向總是要使它阻礙回路本身電流的變化。強(qiáng)力實(shí)用的 電磁鐵繼電器 是亨利發(fā)明的，他還指導(dǎo)莫爾斯發(fā)明了第一架 實(shí)用電報(bào)機(jī) 。 自感現(xiàn)象 物理意義： 一個(gè)線圈中通有單位電流時(shí)，通過(guò)線圈自身的磁通鏈數(shù)，等于該線圈的自感系數(shù)。 感應(yīng)式異步電動(dòng)機(jī) 的運(yùn)轉(zhuǎn)就是根據(jù)這個(gè)道理。因此鋁片的擺動(dòng)會(huì)受到阻滯而停止，這就是 電磁阻尼 。 加熱 真空無(wú)按觸加熱 大塊導(dǎo)體處在變化磁場(chǎng)中，或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部也會(huì)產(chǎn)生 感應(yīng)電流 。 電子 在 感生電場(chǎng) 的作用下被加速 ， 在 洛侖茲力 作用下將在環(huán)形室內(nèi)沿圓周軌道運(yùn)動(dòng) 。 若 rR，則 dtdBrrEr22 ?? ??dtdBrEr 2?? 以 O為圓心，以 r為半徑作一圓形閉合回路，則回路上任一點(diǎn)處感生電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小相等，方向與回路相切。 磁場(chǎng)變化率 和它所激發(fā)的 感生電場(chǎng) ，在方向上滿足 左手螺旋關(guān)系 。 其 頻率 為 t s i nm a x w?? ??w 2/?v 電磁感應(yīng) 31 tB???二、感生電動(dòng)勢(shì) 由于磁場(chǎng)的變化 而在回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)稱為 感生電動(dòng)勢(shì) . 感生電動(dòng)勢(shì) 感生電場(chǎng) (Maxwell提出 ) 變化的磁場(chǎng)在其周圍空間激發(fā)的一種新的的電場(chǎng)，這種電場(chǎng)叫做 感生電場(chǎng) ，用 Er 表示。 B?w?Oa? ?? ??? a ldBv0 ????221 RBUOa w? ???20 21 RBBl dlR ww ???? ?感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向是從 a指向 O的， 即 a端為負(fù)， O端為正。則 ab兩點(diǎn)間的 電勢(shì)差 為 電磁感應(yīng) 29 【 例 2】 法拉第電機(jī) 。實(shí)質(zhì)上表示能量的轉(zhuǎn)換和守恒。 當(dāng)上述兩種情況同時(shí)存在時(shí)，則同時(shí)存在動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)。 否則 ,只需一點(diǎn)力開始使導(dǎo)線移動(dòng) ， 若洛侖茲力不去阻撓它的運(yùn)動(dòng) ， 將有無(wú)限大的電能出現(xiàn) ， 顯然 ，這是不符合能量守恒定律的 。 1834年楞次提出一種 判斷感應(yīng)電流的方法 ，再由感應(yīng)電流來(lái)判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。 1842年 ， 楞次還和焦耳各自獨(dú)立地確定了電流熱效應(yīng)的規(guī)律 ， 這就是大家熟知的焦耳 —— 楞次定律 。 早年曾參加地球物理觀測(cè)活動(dòng) ， 發(fā)現(xiàn)并正確解釋了大西洋 、太平洋 、 印度洋海水含鹽量不同的現(xiàn)象 ，1845年倡導(dǎo)組織了俄國(guó)地球物理學(xué)會(huì) 。 0,2/ ?? ???B?0,0 ?? ???? 與 L 反向 0,0 ?? ???? 與 L 同向 2. 電動(dòng)勢(shì)方向 ne? 電磁感應(yīng) 14 磁通鏈數(shù) (或 磁鏈 ): N???? ???? ?21dtd?? ??討論 1) 若有 N匝線圈，它們彼此串聯(lián)，總電動(dòng)勢(shì)等于各匝線圈所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)之和。 結(jié)論 ???B?S?????? 電磁感應(yīng) 10 ? ??? ?? ??? ?? ??? ?? ??? ?ababi?v?iI電動(dòng)勢(shì) i?RiIiI形成 產(chǎn)生 當(dāng)通過(guò)回路的磁通量變化時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 感生電流與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小、方向，與線圈轉(zhuǎn)動(dòng)角速度大小方向有關(guān)。 主要從事電學(xué)、磁學(xué)、磁光學(xué)、電化學(xué)方面的研究，并在這些領(lǐng)域取得了一系列重大發(fā)現(xiàn)。 ? 理解磁場(chǎng)能量的概念 ， 掌握 自感磁能公式 和 磁場(chǎng)能量密度公式 的應(yīng)用 。 基本要求 ?理解 法拉弟電磁感應(yīng)定律 的意義 ， 理解 楞次定律 的意義 。 2． 電磁感應(yīng)定律 在各種特殊情況下的應(yīng)用： ?導(dǎo)線或線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ，即 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) ； ?磁場(chǎng)變化時(shí)在導(dǎo)線或線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ，即 感生電動(dòng)勢(shì) ； ?回路本身電流變化時(shí)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 ， 自感 與 互感 。大學(xué)物理學(xué) 山西大學(xué)物電學(xué)院 第十二章 電磁感應(yīng) Chapter 12 Electromagic Induction 電磁感應(yīng) 2 電