1、高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿6 电磁感应高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿6 电磁感应 1用楞次定律判断感应电流和感应电动势方向。2自感现象及有关计算。教学重点1理解电磁感应现象，掌握产生电磁感应的条件及感应电流方向的判断。2理解感应电动势的概念，掌握电磁感应定律及有关的计算。3理解自感及自感系数的概念，了解自感现象在实际中的应用。4理解电感器的储能特性及在电路中能量的转化规律，了解磁场能量的计算。教学难点高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基
2、础与技能 演示文稿6 电磁感应 6.1 电磁感应现象6.2 感应电流的方向6.3 电磁感应定律6.4 自感现象单元小结高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿6.1 电磁感应现象一、磁感应现象二、磁感应条件高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿在发现了电流的磁效应后，人们自然想到：既然电能够产生磁，磁能否产生电呢？ 由实验可知，当闭合回路中一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就有电流产生。一、 电 磁感应现象高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技
3、能 演示文稿当穿过闭合线圈的磁通发生变化时，线圈中有电流产生。在一定条件下，由磁产生电的现象，称为 电磁感应现象 ，产生的电流称为 感应电流 。高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿上述几个实验，其实质上是通过不同的方法改变了穿过闭合回路的 磁通 。因此，产生电磁感应的条件是：当穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生。 二、磁感应条件高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿6.2 感应电流的方向一、右手定则二、楞次定律三、右手定则与楞次定律的一致性高等教育 出版社Higher E
4、ducation Press 电工技术基础与技能 演示文稿当闭合回路中一部分导体作切割磁感线运动时，所产生的感应电流方向可用 右手定则 来判断。 伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指即为感应电流的方向。一、右手定则高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿当磁铁插入线圈时，原磁通在增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加；当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍原
5、磁通的减少。因此，得出结论：当将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中感应电流所产生的磁场，总是阻碍原磁通的变化。这就是 楞次定律 的内容。根据楞次定律判断出感应电流磁场方向，然后根据安培定则，即可判断出线圈中的感应电流方向。1 楞次定律高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿2 判断步骤 由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍原磁通的变化，即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此，要想保持它们的相对运动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功将其他形式的能转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产生的。 感应电流方向 3楞次定律符合能量守恒定律高等教育 出版社High
6、er Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种方法本质是相同的，所得的结果也是一致的。 右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律是判断感应电流方向的普遍规律。三、右手定则与楞次定律的一致性高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿6.3 电磁感应定律一、感应电动势二、电磁感应定律三、说明高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿注意 ：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。 在电源内部，电流从电源负极流向电源正极，电动
7、势的方向也是由负极指向正极，因此 感应电动势的方向 与感应电流的方向一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。一、感应电动势1感应电动势电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势称为 感应电动势 。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁场中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。2 感应电动势的方向高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发生变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若电路是断开
8、的，则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。3 感应电动势与电路是否闭合无关高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿1电磁感应定律对于 N 匝线圈，有 式中 N 表示线圈匝数与磁通的乘积，称为磁链，用 表示。即 于是二、电磁感应定律 = N大量的实验表明：单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变化率 / t成正比，即高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿上式适用于 的情况。如图 6-2 所示，设速度 v 和磁场 B 之间有一夹角 。将速度 v 分解为两个互相垂直的分量 v 1、 v
9、 2， v 1 = v cos 与 B 平行，不切割磁感线； v 2 = v sin 与 B 垂直，切割磁感线。 图 6-2 B 与 v 不垂直时的感应电动势 高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿如图 6-1 所示， abcd 是 一个矩形线圈，它处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，线圈平面和磁场垂直， ab 边 可以在线圈平面上自由滑动。设 ab 长为 l， 匀速滑动的速度为 v，在 t 时间内，由位置 ab 滑动到 ab ， 利用电磁感应定律， ab 中 产生的感应电动势大小即图 6-1 导线切割磁感线产生的感应电动势高等教育 出版社H
10、igher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿上式表明，在磁场中，运动导线产生的感应电动势的大小与磁感应强度 B、 导线长度 l、 导线运动速度 v 以及导线运动方向与磁感线方向之间夹角的正弦 sin 成正比。用右手定则可判断 ab 上 感应电流的方向。若电路闭合，且电阻为 R， 则电路中的电流因此，导线中产生的感应电动势E B l v2 B l v sin高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿三、说明1利用公式 计算感应电动势时，若 v 为平均速度，则计算结果为平均感应电动势；若 v 为瞬时速度，则计算结果为瞬时感
11、应电动势。2利用公式 计算出的结果为 t 时间内感应电动势的平均值。高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿【 例 6-1】 在图 6-1中，设匀强磁场的磁感应强度 B 为 0.1 T， 切割磁感线的导线长度 l 为 40 cm， 向右运动的速度 v 为 5 m/s， 整个线框的电阻 R为 0.5 ， 求：(1)感应电动势的大小；(2)感应电流的大小和方向；(3)使导线向右匀速运动所需的外力 ;(4)外力做功的功率；(5)感应电流的功率。高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿解 : (1)线圈
12、中的感应电动势(2)线圈中的感应电流由右手定则可判断出感应电流方向为 abcd 。(3)由于 ab 中产生了感应电流，电流在磁场中将受到安培力的作用。用左手定则可判断出 ab 所受安培力方向向左，与速度方向相反，因此，若要保证 ab 以速度 v 匀速向右运动，必须施加一个与安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小 外力方向向右。 高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿(4) 外力做功的功率(5) 感应电流的功率 可以看到， P = P， 这正是能量守恒定律所要求的。高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础
13、与技能 演示文稿【 例 6-2】 在一个 B = 0.01 T 的匀强磁场里，放一个面积为 0.001 m2 的线圈，线圈匝数为 500 匝。在 0.1 s 内，把线圈平面从与磁感线平行的位置转过 90，变成与磁感线垂直，求这个过程中感应电动势的平均值。解： 在 0.1 s 时间内，穿过线圈平面的磁通变化量感应电动势 高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿6.4 自感现象一、自感现象二、自感系数三、电感的计算四、自感电动势五、自感现象的应用六、自感的危害七、磁场能量高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技
14、能 演示文稿当线圈中的电流变化时，线圈本身就产生了感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种由于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，称为自感电动势。一、自感现象高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿考虑自感电动势与线圈中电流变化的定量关系。当电流流过回路时，回路中产生磁通，称为 自感磁通 ，用 L 表示。当线圈匝数为 N 时，线圈的 自感磁链 同一电流流过不同的线圈，产生的磁链不同，为表示各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链与电流的比值称为线圈的 自感系数 ，简称 电
15、感 ，用 L 表示即 L 是一个线圈通过单位电流时所产生的磁链。电感的单位是 H(亨 ) 以及 mH(毫亨 ) 、 H(微亨 ) ，它们之间的关系为 1 H = 103 mH = 106 H二、自感系数L = N L高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿这里介绍环形螺旋线圈电感的计算方法。假定环形螺旋线圈均匀地绕在某种材料做成的圆环上，线圈的匝数为 N ， 圆环的平均周长为 l ， 对于这样的线圈，可近似认为磁通都集中在线圈的内部，而且磁通在截面 S 上的分布是均匀的。当线圈通过电流 I时，线圈内的磁感应强度 B 与磁通分别 为由 N = L
16、I 可得三、电感的计算高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿说明：(1) 线圈的电感是由线圈本身的特性所决定的，它与线圈的尺寸、匝数和媒介质的磁导率有关，而与线圈中有无电流及电流的大小无关。(2) 其他近似环形的线圈，在铁心没有饱和的条件下，也可用上式近似计算线圈的电感，此时 l是铁心的平均长度。若线圈不闭合，不能用上式计算。(3) 由于磁导率 不是常数，随电流而变，因此有铁心的线圈其电感也不是一个定值，这种电感称为非线性电感。 高等教育 出版社Higher Education Press 电工技术基础与技能 演示文稿，将 由电磁感应定律可得，自感电动势 代入，则 自感电动势的大小与线圈中电流的变化率成正比。当线圈中的电流在 1s 内变化 1A 时，引起的自感电动势是 1V， 则这个线圈的自感系数就是 1H 。四、自感电动势
