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变化的电磁场
电磁感应定律
电磁感应现象:当穿过闭合回路的磁通量发生变化时,不管这种变化是由于什么原因引起的,回路中都有电流产生,这种现象称为电磁感应现象,回路中产生的电流称为感应电流 法拉第电磁感应定律电磁感应定律定量表达式:导体回路中产生的感应电动势的大小,与穿过导体回路的磁通量对时间 的变化率成正比 ε i = − d N Φ m d t \varepsilon_i=-\frac{dN\Phi_m}{dt} εi=−dtdNΦm 其中N为匝数 据此,穿过导线截面的感应电量为: q = − ∫ t 1 t 2 1 R d Φ m d t d t = 1 R ( Φ 1 − Φ 2 ) q=-\int_{t_1}^{t_2}\frac{1}{R}\frac{d\Phi_m}{dt}dt=\frac{1}{R}(\Phi_1-\Phi_2) q=−∫t1t2R1dtdΦmdt=R1(Φ1−Φ2) 楞次定律楞次定律:闭合回路中感应电流的方向总是使其所激发的磁场来阻止或者补偿引起感应电流的磁通量变化 动生电动势和感生电动势动生电动势: 动生电动势使由于导体或者导体回路在恒定磁场中运动而产生的电动势 动生电动势公式: ε i = ∫ b a ( v ⃗ × B ⃗ ) ⋅ d l ⃗ \varepsilon_i=\int_b^a(\vec v \times \vec B)\cdot d\vec l εi=∫ba(v ×B )⋅dl 感生电动势和感生电场感生电动势 由于磁场发生变化而激发的电动势 麦克斯韦假设: 变化的磁场在其周围空间会激发一种涡旋状的电场,称为涡旋电场或感生电场 ∮ L E ⃗ 涡 ⋅ l ⃗ = − ∫ s ∂ B ⃗ ∂ t ⃗ ⋅ d S ⃗ \oint_L \vec E_涡\cdot\vec l=-\int_s\frac{\partial\vec B}{\partial\vec t}\cdot d\vec S ∮LE 涡⋅l =−∫s∂t ∂B ⋅dS 自感与互感自感现象 回路自身电流、回路的形状、或回路周围的磁介质发生变化时,穿过该回路自身的磁通量随之变化,从而在回路中产生感应电动势的现象 ψ = L I \psi=LI ψ=LI 其中L为自感系数 ψ = N ϕ m \psi=N\phi_m ψ=Nϕm,单位为亨利,则自感电动势为: ε L = − d ( L I ) d t = − L d I d t − I d L d t \varepsilon_L=-\frac{d(LI)}{dt}=-L\frac{dI}{dt}-I\frac{dL}{dt} εL=−dtd(LI)=−LdtdI−IdtdL 若只有电流大小发生了改变,则 ε L = − L d I d t \varepsilon_L=-L\frac{dI}{dt} εL=−LdtdI L总是阻碍电流的变化 互感现象 因两个载流线圈中电流变化而在对方线圈中激起感应电动势的现象称为互感应现象 Ψ 21 = M 21 I 1 , Ψ 12 = M 12 I 2 \Psi_{21}=M_{21}I_1,\Psi_{12}=M_{12}I_2 Ψ21=M21I1,Ψ12=M12I2 其中M为互感系数,据实验 M 21 = M 12 M_{21}=M_{12} M21=M12 ε 12 = − d Ψ 12 d t = − M d I 2 d t , ε 21 = − d Ψ 21 d t = − M d I 1 d t \varepsilon_{12}=-\frac{d\Psi_{12}}{dt}=-M\frac{dI_2}{dt},\varepsilon_{21}=-\frac{d\Psi_{21}}{dt}=-M\frac{dI_1}{dt} ε12=−dtdΨ12=−MdtdI2,ε21=−dtdΨ21=−MdtdI1 自感线圈的串联等效电感为: L = L 1 + L 2 + 2 M L=L_1+L_2+2M L=L1+L2+2M L = L 1 + L 2 − 2 M L=L_1+L_2-2M L=L1+L2−2M 为了反应两个回路磁场耦合的松紧程度,引入了耦合系数的概念M = k L 1 L 2 M=k\sqrt{L_1L_2} M=kL1L2 其中k即为耦合系数 在一般情况下,由于漏磁等现象,k |
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