华中科技大学大学物理学课件电磁感应

华中科技大学大学物理学课件电磁感应-电磁感应简介变化的磁场法拉第定律电磁感应是指变化的磁场产生法拉第电磁感应定律描述了感电流的现象生电动势与磁通量变化率之间的关系楞次定律楞次定律指出感生电流的方向总是阻碍引起它的磁通量变化磁通量的定义磁场线磁通量公式磁通量是指穿过某一面积的磁力线数量，是表示磁场强弱和方向磁通量的公式是Φ=B·S·cosθ，其中Φ表示磁通量，B表示的一种物理量磁场线是用来描述磁场的力的方向，在磁场中，磁感应强度，S表示面积，θ表示磁感应强度方向与面积法线方磁力线从磁体的N极出发，指向磁体的S极，磁力线越密集，向之间的夹角磁场越强法拉第电磁感应定律磁通量变化感应电动势大小当穿过闭合电路的磁通量发生变感应电动势的大小与穿过电路的化时，电路中就会产生感应电动磁通量变化率成正比势感应电动势方向感应电动势的方向由楞次定律决定，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化感生电动势的计算磁通量变化率1感生电动势的大小与穿过回路的磁通量变化率成正比法拉第定律公式2E=-dΦ/dt，其中E是感生电动势，Φ是磁通量，t是时间计算方法3通过计算穿过回路的磁通量变化率，即可求出感生电动势的大小感生电流的产生磁通量变化1当穿过闭合回路的磁通量发生变化时感生电动势2回路中就会产生感应电动势感生电流3感应电动势会驱动回路中的自由电荷运动感生电流的方向由楞次定律决定，它总是阻碍引起它的磁通量变化感生电流的方向右手定则磁场变化方向右手定则用于确定感生电流的方向感生电流的方向与磁场变化的方向相反楞次定律感应电流的方向总是阻碍引起它产生当磁通量增加时，感应电流产生的磁的磁通量的变化场方向与原磁场方向相反当磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同感生电动势的应用发电机变压器电磁炉利用磁场变化产生感应电流，将机械能转通过改变线圈的匝数比来改变电压，用于利用感应电流加热金属锅具，提高烹饪效化为电能电力传输和电子设备率自感和互感自感互感12当线圈中的电流发生变化时，当一个线圈中的电流发生变化线圈本身会产生感应电动势，时，在另一个与其靠近的线圈这种现象称为自感中也会产生感应电动势，这种现象称为互感自感现象当线圈中电流发生变化时，线圈本身会产生一个感应电动势，这个现象称为自感现象自感电动势的方向总是阻碍电流的变化当电流增加时，自感电动势的方向与原电流方向相反，减缓电流增加的速度当电流减小时，自感电动势的方向与原电流方向相同，延缓电流减小的速度自感电动势当线圈中的电流发生变化时，线圈本这个反电动势的方向总是阻碍电流的身会产生一个反电动势变化，即如果电流增加，反电动势方向与电流方向相反；如果电流减小，反电动势方向与电流方向相同自感电动势的大小与线圈的自感系数和电流变化率成正比互感现象当两个线圈彼此靠近时，一个线圈中的电流变化会在线圈2中产生感应电动势，这种现象称为互感互感是电磁感应的一种重要现象，它在电力系统、电子电路、以及一些工业设备中都有广泛应用互感现象的发生是由于两个线圈之间存在磁场相互作用当一个线圈中的电流变化时，它的磁场也会发生变化，这变化的磁场会穿过另一个线圈，从而在线圈2中产生感应电动势互感系数的大小取决于两个线圈的几何形状、距离和相对位置，以及它们的磁导率互感电动势定义公式应用当一个线圈中的电流发生变化时，它会互感电动势的大小与两个线圈的互感系互感现象在变压器、电感耦合等电路中在另一个线圈中产生一个感应电动势，数和电流变化率成正比得到广泛应用这个电动势称为互感电动势变压器的工作原理磁通量变化1交流电通过线圈产生变化的磁场感应电动势2变化的磁场在次级线圈中感应出电动势电压转换3通过线圈匝数比改变电压变压器的效率理想变压器实际变压器效率为100%效率低于100%没有能量损失存在能量损失，例如铜损、铁损等电动机的工作原理磁场电动机内部的磁场是由定子产生的，定子是电动机的固定部分电流通过转子绕组的电流会产生一个磁场，这个磁场与定子磁场相互作用转矩相互作用的磁场会产生一个转矩，使转子旋转电磁感应在生活中的应用电动机发电机电磁感应是电动机工作的基础，发电机利用电磁感应原理将机械电动机广泛应用于各种设备，如能转化为电能，为我们的日常生汽车、冰箱、洗衣机等活提供电力变压器感应加热变压器利用电磁感应原理改变电感应加热利用电磁感应产生的热压，使电力传输更加高效安全量，在金属加工、食品加工等领域有着广泛应用涡流的产生导体切割磁感线当导体在磁场中运动，且运动方向与磁感线方向不平行时，导体内部会产生感应电流感应电流形成闭合回路这些感应电流形成闭合回路，称为涡流或傅科电流涡流方向遵循楞次定律涡流的方向总是阻碍导体切割磁感线的运动涡流的应用感应加热电磁制动金属探测器涡流可用于感应加热，例如电炉、电涡流可以用来制造电磁制动器，在火涡流是金属探测器的核心原理，用于焊机和金属热处理设备车、电梯和汽车中应用探测埋藏的金属物体电磁制动利用磁力制动应用广泛12电磁制动利用电磁感应原理，电磁制动广泛应用于各种交通通过电磁力对运动物体进行减工具，如火车、汽车、电梯和速或停止游乐设施优点3电磁制动响应速度快，制动力可控，且维护简单金属探测器的工作原理发射电磁波1探测器发射交变电流感应电流2金属物体产生感应电流探测信号3感应电流产生磁场，被探测器接收感应电流的危害过热设备损坏磁场干扰感应电流会导致导体发热，甚至引起火灾感应电流会对电子设备造成损害，例如烧感应电流产生的磁场会干扰周围其他设备毁电机或电路板的正常工作预防感应电流的措施使用屏蔽材料，例如金属板或金属网，将尽量减少磁场变化的频率和强度，例如降在电路设计中，避免使用易产生感应电流导体包围起来，防止磁场变化影响导体内低交流电频率或使用磁屏蔽材料的结构，例如避免在导线附近放置磁性材的自由电子料或使用封闭的线圈结构感生电动势的场景分析发电机1旋转线圈在磁场中切割磁感线，产生感生电动势，从而发电变压器2利用感生电动势原理，改变交流电压，实现电能的传输和利用金属探测器3金属物体在磁场中移动时，感生电动势导致电路电流变化，从而检测金属电磁制动4利用感生电流产生的磁场，对运动物体进行制动，例如火车、电梯等感应电流的实验演示演示感应电流的产生，可以使用以下实验装置:•导线圈•磁铁•电流计将导线圈靠近或远离磁铁，电流计会显示有电流产生这个电流就是感应电流复习与思考关键概念应用场景回顾电磁感应的基本原理，包括磁通量、法拉第定律、楞次定律思考电磁感应在生活中的应用，例如发电机、电动机、金属探测等器等测试题本节课结束后，您可以尝试以下问题，检验您的学习效果

1.什么是电磁感应现象？

2.法拉第电磁感应定律的公式是什么？

3.楞次定律如何判断感生电流的方向？

4.自感和互感现象分别是什么？

5.电动机和变压器的工作原理是什么？总结本课件深入探讨了电磁感应现象，涵盖了磁通量、法拉第电磁感应定律、楞次定律、感生电动势和感应电流等关键概念，并详细解释了变压器、电动机等实际应用。