1、第二十章 電磁感應(yīng)磁懸浮列車120.1 法拉第電磁感應(yīng)定律 20.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 20.3 感生電動(dòng)勢(shì)和感生電場(chǎng)20.4 互感20.5 自感20.6 磁場(chǎng)能量*20.7 超導(dǎo)簡(jiǎn)介第二十章 電磁感應(yīng)220.1 法拉第電磁感應(yīng)定律 一. 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正方向約定： 正向與回路 L 的正繞向成右手螺旋關(guān)系。在此約定下，式中負(fù)號(hào)反映了楞次定律。NSL導(dǎo)體回路3串聯(lián)線圈電動(dòng)勢(shì)：對(duì) 磁鏈，串連線圈總磁通動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 動(dòng) ：回路動(dòng)引起 感生電動(dòng)勢(shì) 感 ：磁場(chǎng)變引起感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)4二. 感應(yīng)電流 R 是回路電阻在時(shí)間 t1 t2 內(nèi)穿過回路導(dǎo)線截面的電量：q 與過程快慢無關(guān)，測(cè) q 即可得 。磁通計(jì)原理注意：有導(dǎo)體，才

2、有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而有感應(yīng)電流，感應(yīng)電流方向總和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一致，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)更本質(zhì)。5穿過整個(gè)回路 L 掃過的面元 S 的磁通為： 20.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)線元 在 dt 內(nèi)掃過的矢量面積元：LS一. 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)6載流子 q 的運(yùn)動(dòng)包括：動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)根源：磁場(chǎng)對(duì)隨導(dǎo)線一起運(yùn)動(dòng)的 載流子的洛侖茲力。隨導(dǎo)線元 的運(yùn)動(dòng)，速度q沿導(dǎo)線元 的運(yùn)動(dòng)，速度7載流子所受的洛侖磁力：由此形成的非靜電性場(chǎng)強(qiáng)為：0q根據(jù)電動(dòng)勢(shì)的定義可知：8一段導(dǎo)線中的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)：特例：方向積分 0，a b 此時(shí)與回路形狀無關(guān)（沿 ab）abab積分 0（動(dòng) 與 I 一致），則 dP安 0 ，討論 dP電 + dP安 = 0外部電源克服

3、動(dòng) 作正功，電能 機(jī)械能，這是電動(dòng)機(jī)情形。 若 dP電 0 ，1220.3 感生電動(dòng)勢(shì)和感生電場(chǎng)一. 感生電動(dòng)勢(shì)回路固定、磁場(chǎng)變化導(dǎo)致感生電動(dòng)勢(shì)：符號(hào)規(guī)定： 的正向與 L 繞向成右手關(guān)系， 由此定出 法線正向。L 固定S13二. 感生電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明：感 與導(dǎo)體回路的材料無關(guān)。麥克斯韋敏銳地提出：變化的磁場(chǎng)可激發(fā) 一種新的非靜電性質(zhì)的場(chǎng) 感生電場(chǎng) 它不依賴于導(dǎo)體，導(dǎo)體恰顯示了它的存在！（ 正方向與 L 成右手關(guān)系） 感生電場(chǎng)環(huán)流規(guī)律 14感生電場(chǎng)是有旋場(chǎng)、非保守場(chǎng)，不存在“勢(shì)”的概念。感生電場(chǎng)線是與磁感應(yīng)線相套聯(lián)的閉合線。感生電場(chǎng)是產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的根源： 感生電場(chǎng)通量規(guī)律 （沿 ab）15【例】無

4、限長(zhǎng)直載流螺線管的 n，R，I = t 是常量，求：解：對(duì)無限長(zhǎng)直載流螺線管由無限長(zhǎng)和軸對(duì)稱條件有：nIR0rz16電流系統(tǒng)對(duì)任意一個(gè)垂直于軸線的反射面具有鏡像對(duì)稱性， 是極矢量：如圖，選一圓柱面 S由得nIR0rzS17選以 L 為周線、與 L 成右手關(guān)系的圓面 S ：S(1)nIR0rzL選沿 的圓形回路 L ：(2)18 r R ：rE感R0SnIR0rzL19設(shè)磁場(chǎng)封閉在半徑 R 的圓筒內(nèi)，rE感R0方向如圖，正在增強(qiáng) 則感生電場(chǎng)方向如圖示，感生電場(chǎng)大?。浩渌闆r自己總結(jié)?？偨Y(jié)：20 熱效應(yīng)四. 渦流（大塊導(dǎo)體中的感應(yīng)電流）電磁淬火： 外圈熱功率大，符合表面淬火要求。 導(dǎo)體截面r“紅圈

5、”發(fā)熱功率：21電磁冶煉：交流電源高頻爐礦石減小渦流措施： (t)絕緣層硅鋼片頂視防止產(chǎn)生大渦流22 電磁效應(yīng)如：無觸點(diǎn)開關(guān)、感應(yīng)觸發(fā)、磁場(chǎng)抑制鐵芯金屬片接近鐵芯產(chǎn)生渦流23 機(jī)械效應(yīng)電磁阻尼：電度表的阻尼原理標(biāo)記鋁轉(zhuǎn)盤NNS安培力（阻尼力）鋁轉(zhuǎn)盤渦流24渦流阻尼擺渦流阻尼管渦流加熱渦流跳圈高頻淬火電磁感應(yīng)楞次定律【演示】【TV】25由兩線圈大小、形狀、圈數(shù)、相對(duì)位形和介質(zhì)情況決定。20.4 互感一. 互感系數(shù)M = 常數(shù) 互感系數(shù)M：?jiǎn)挝唬壕€圈1、2不變相對(duì)位置固定介質(zhì)不變無鐵磁質(zhì)1212i226互感電動(dòng)勢(shì) 規(guī)定：二. 互感系數(shù)的計(jì)算怎樣計(jì)算 M 方便？右手螺旋右手螺旋哪條路方便，就選哪條路

6、算線圈1線圈2由由【思考】2720.5 自感一. 自感系數(shù)（電感） L = 常數(shù)自感系數(shù) L：規(guī)定： 的正向與 i 的正向成右手螺旋關(guān)系， 保證 L 0。由線圈數(shù)、形狀、尺寸和介質(zhì)情況等因素決定，單位：H 。線圈不變介質(zhì)不變無鐵磁質(zhì)i28自感電動(dòng)勢(shì)L 的正向與 i 的正向一致二. 自感系數(shù)計(jì)算1. 由 L = / i 計(jì)算：由如長(zhǎng)直螺線管：2. 由 計(jì)算29三. 自感特點(diǎn)自感線圈中電流不能突變：由楞次定律可知 i 的變化受到 L 的阻礙。 自感通直流，阻交流（有感抗）。（電容器電壓不能突變，通交流，阻直流）30電感中的電流不能突變1. K2 斷開，接通 K1：D1 立刻亮，D2 遲些亮2. K

7、1 和 K2 接通后， 再斷開 K1：（需要 IL IR ）D1 閃亮后熄滅【演示】RLD1D2K1K2演示電路圖IRIL31 時(shí)間常數(shù)穩(wěn)定ii0K K t自感線圈中 i 的變化規(guī)律KLRiRi32可產(chǎn)生大L，造成線圈絕緣擊穿和觸點(diǎn)電腐蝕。減小斷電時(shí)的電流變化率（di/dt）的措施：大電感（L大）斷電時(shí)，電流變化（di/dt）大，R：泄放電阻（消耗磁能）LRiC：續(xù)流電容（充電續(xù)流）CLiD：續(xù)流二極管（導(dǎo)通續(xù)流）RDLi33對(duì)交流純電感電路，電壓相位超前電流 /2，自感電動(dòng)勢(shì)相位則落后于電流 /2。設(shè)iuLLt02iuL34*四. 趨膚效應(yīng)高頻電流通過導(dǎo)線時(shí)越靠近表面電流密度越大電流密度dS

8、 趨膚深度jij0jjj0d, f 頻率 f = 100k Hz時(shí)，Cu 的 dS 0.21mm 。35*五. 自感與互感的關(guān)系k 耦合系數(shù)，0 k 1k 由介質(zhì)情況和線圈1、2的相對(duì)位形決定。L1L2M3620.6 磁場(chǎng)能量自感磁能（類比： ）對(duì)長(zhǎng)直螺線管由 ，得： 磁能密度： 磁能儲(chǔ)存于磁場(chǎng)中37以上結(jié)果適用于除鐵磁質(zhì)外的一切線性磁介質(zhì)。 磁場(chǎng)能量 從能量角度理解，電感中電流之所以不能突變，是因?yàn)榇拍懿荒芡蛔?，否則功率將為無限大。從磁能角度看，任何一個(gè)電流系統(tǒng)都有相應(yīng)的電感量 L，故也可以從能量出發(fā)計(jì)算 L ：38（ m）0.01HgPt4.1520TK0*20.7 超導(dǎo)簡(jiǎn)介一. 基本特性

9、1. 零電阻現(xiàn)象Hg：T TCT TCT TCT TCT TC41二. 3個(gè)臨界參量1. 臨界溫度 TCT TC 時(shí)， = 0一般高溫超導(dǎo)體的 TC 150K。T起T中TCT液氦 4.2K液氮 77K液氨 240K室溫 300K已實(shí)現(xiàn)未實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)422. 臨界磁感強(qiáng)度 BC磁場(chǎng)會(huì)破壞超導(dǎo)，保持超導(dǎo)態(tài)要求 B BC 。3. 臨界電流密度 jC目前薄膜材料中 jC 106A/cm2 電流大會(huì)破壞超導(dǎo)，要求超導(dǎo)體中 j jC 。43三. 兩類超導(dǎo)體第 I 類超導(dǎo)體（金屬）只有 1 個(gè) BC ：B BC2R 0B內(nèi) 0混合態(tài)B BC1R = 0B內(nèi) 0邁斯納態(tài)B BC1R = 0B內(nèi) = 044摻雜的第 II 類超導(dǎo)體（非理想第 II 類超導(dǎo)體）有磁滯現(xiàn)象，可產(chǎn)生倒懸浮。HHC2H