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安培定律表達式 電與磁的一些基礎知識,你了解多少?

更新時間:2024-04-01 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

在上一次的學習分享中,我們主要學習了磁的一些概念和物理量。 在了解什么是磁的前提下,接下來我們將學習一些電與磁相結合的基礎知識。xcw物理好資源網(原物理ok網)

在《電氣工程基礎》課程中,曹老師結合各種實例、理論和練習,詳細講解了很多關于電磁感應的知識,旨在讓學生更好地理解電和磁之間的關系。xcw物理好資源網(原物理ok網)

下面我就按照曹老師的思路,和大家一一研究一下。xcw物理好資源網(原物理ok網)

發電的形式有很多種,但我們比較熟悉的是摩擦起電和電磁感應。 摩擦起電大部分產生的電能是瞬時的,通過電磁感應產生電能是現代主流。xcw物理好資源網(原物理ok網)

1820年,奧斯特發現了電流的磁效應,使電磁學的研究從電磁分離躍升至電磁互連的研究階段。 1831年,法拉第發現了電磁感應現象及其定律。 電磁感應,簡單來說,就是電產生磁或磁化電的現象。 靜止電荷周圍存在靜電場,運動電荷周圍不僅存在電場,還存在磁場。xcw物理好資源網(原物理ok網)

奧斯特發現電磁學的相關性后,法國物理學家陸續發現載流導線附近的磁場與電流I的流動方向服從右手螺旋定律,又稱安培定律,即保持直線右手接電線,最大拇指指向電流方向,四個手指彎曲的方向就是磁場方向; 對于循環電流,例如通電的螺線管,拇指指向磁場方向,四個手指彎曲的方向表示電流方向。xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-1分別給出了載流導線和載流螺線管的磁場與電流的方向關系。xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-1xcw物理好資源網(原物理ok網)

從上次的學習分享中我們知道,同極相斥,異極相吸。 同樣,根據電磁感應現象,兩根載流導線或兩個通電螺線管之間也會產生力。 角色。xcw物理好資源網(原物理ok網)

右手螺旋定則與右手定則不同。 右手定則用于確定感應電動勢的方向,而右手螺旋定則用于確定磁場的方向。 兩者之間有著本質的區別。xcw物理好資源網(原物理ok網)

結合我們上次學的磁學知識,從圖18-1還可以發現,磁感應線是閉合曲線,它們不會相交,因為磁場中某一點的磁感應強度方向是確定的。 如果它們相交,顯然就會與只有一個方向的性質相矛盾。xcw物理好資源網(原物理ok網)

通電的螺線管激發的磁場顯然與條形磁鐵的磁場相似,因此我們很快可以得出結論,線圈兩端磁極的磁感應強度最大,且其方向是從南向線圈內部的北極到北極,然后從北極出來,通過線圈外部沿著一定的路徑返回南極。xcw物理好資源網(原物理ok網)

如果你有興趣,也可以自己做一個小實驗,制作一個小線圈,然后在它周圍放一個小磁針。 通電后觀察磁針旋轉方向,如圖18-2所示; 或將其撒在線圈周圍。 看看鐵粉,觀察鐵粉的分布情況。xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-2xcw物理好資源網(原物理ok網)

事實上,法國物理學家安培還發現,放置在磁鐵附近的載流導線會受到力的作用而移動。 載流導線之間也存在相互作用力,他得出結論,兩個電流之間的力和兩個磁鐵之間的力遵循類似的規律,如圖18-3所示。xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-3xcw物理好資源網(原物理ok網)

1831年,法拉第發現了電磁感應現象及其基本定律安培定律表達式,揭示了電與磁之間的內在聯系。 通過實驗,他將檢流計和線圈連接成一個回路,并快速插入和取出線圈中的條形磁鐵。 他發現檢流計會偏轉,而且“插入”和“拔出”兩種情況下偏轉方向相反,而磁鐵則在線上保持靜止。 圓圈內的檢流計不偏轉。xcw物理好資源網(原物理ok網)

由此可見,感應電流的產生與線圈回路中磁場隨時間的變化有關,如圖18-4左側所示。 如圖18-4右側所示,將具有正交磁力線的導體框架置于均勻恒定的磁場中。 當導體l左右滑動時,連接在回路上的檢流計也會發生偏轉。 此時,磁鐵和兩個導體之間的磁性不會發生變化,但由于環路所包圍的面積發生變化,導致穿過導體框架的磁通量發生變化。xcw物理好資源網(原物理ok網)

綜上所述,表明只要與導線或線圈交鏈的磁通量發生變化(包括尺寸變化),就會在導線或線圈中感應出電動勢。 當感應電動勢與外部電路連接形成閉合回路時,回路中的電動勢就會有電流通過。 這種現象稱為電磁感應。xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-4xcw物理好資源網(原物理ok網)

這種由磁通量變化引起的電動勢稱為感應電動勢。 只有當導線或線圈與外電路形成閉合回路時才存在感應電流,而無論回路是否閉合都存在感應電動勢。xcw物理好資源網(原物理ok網)

顯然,如果導線在切割磁力線的磁場中移動,導線中就會產生感應電動勢。 其感應電動勢的大小與磁感應強度B、導線的長度l以及導線切割磁力線的速度v有關。 其大小為E=Blv,如下圖18-5所示。xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-5xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-5所示公式的前提是,在均勻磁場B中,導體ab沿垂直于B的方向以速度v運動。當導體的運動方向不垂直于B方向時,其感應電動勢E=θ,其中θ為磁力線與速度方向的夾角。xcw物理好資源網(原物理ok網)

感應電動勢的方向可以用右手定則來確定,即伸出右手,使拇指與其他四指垂直,并與手掌在同一平面; 讓磁力線從手掌進入,并將拇指指向導線運動的方向。 此時,四根手指所指的方向就是感應電動勢的方向。xcw物理好資源網(原物理ok網)

1845年,德國物理學家紐曼根據法拉第的工作,推導出法拉第電磁感應定律的定量表達式。 可以表示為:當與導線回路相交的磁通量發生變化時,導線將產生感應電動勢,導體回路中的感應電動勢e的大小與磁通量的變化率成正比通過回路的φ相對于時間dφ/dt,即感應電動勢的大小為e=-Δφ/Δt。 該公式僅適用于單匝線圈組成的回路。xcw物理好資源網(原物理ok網)

產生感應電動勢的閉環必然會流過與感應電動勢方向一致的感應電流。 這個方向可以根據楞次定律來判斷,即閉環中感應電流的方向總是引起它產生的磁場。 通以阻礙閉環中原有磁通量(引起感應電流的磁通量)的變化。xcw物理好資源網(原物理ok網)

簡單來說,與增加和減少是一樣的,即如果原磁通量處于增加狀態,那么感應電流產生的磁通量與原磁通量方向相反; 如果原始磁通量處于減少狀態,則感應電流產生的磁通量也處于減少狀態。 磁通量與原始磁通量方向相同。xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-6xcw物理好資源網(原物理ok網)

圖18-6根據法拉第電磁感應定律和楞次定律給出了各種磁通量變化引起的回路中感應電動勢和感應電流的方向。xcw物理好資源網(原物理ok網)

比如最左邊的圖中,磁鐵向上運動,原來的磁通量向上,在線圈中呈現增加的趨勢,即此時磁通量的變化率大于零。 根據法拉第電磁感應定律的公式,此時的感應電動勢為負,線圈中感應電流產生的磁通與原來的磁通方向相反,向下。xcw物理好資源網(原物理ok網)

如上所述,公式e=-Δφ/Δt適用于單匝線圈回路。 如果線圈有N匝,所有磁通量都經過N匝線圈,則與線圈相交的總磁通量為Nφ,稱為磁鏈。 用符號ψ表示,單位仍為Wb(韋伯)。 此時,線圈的感應電動勢為e=-ΔNφ/Δt=-NΔφ/Δt。xcw物理好資源網(原物理ok網)

簡單理解就是,線圈匝數增加多少倍安培定律表達式,感應電動勢就增加多少倍。 這是因為一匝線圈的感應電動勢為e,而N匝線圈則疊加了Ne的感應電動勢。xcw物理好資源網(原物理ok網)

電磁感應的知識內容比較難,有很多規則和規律。 需要大家慢慢探索、慢慢了解。 我的建議是大家全面比較這些法律法規,思考它們之間的區別和聯系,并進行總結。 那么理解電磁感應的內容就會比較簡單了。 (集誠培訓原創,作者:楊思慧,未經授權不得轉載,違者必究!)xcw物理好資源網(原物理ok網)

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