磁路与铁心线圈电路

下一页总目录章目录返回上一页电磁与电磁感应2磁性材料的磁性能1磁场的基本物理量3磁路及其基本定律4自感、互感及其应用下一页总目录章目录返回上一页1.磁场的概念•磁体和磁极指南叫南极,S;指北叫北极,N.同极相吸,异极相斥.•磁场和磁力线磁力线的意义及特征•电流的磁场产生磁场的根本原因-电流.通电直导线周围的磁场环形电流产生的磁场下一页总目录章目录返回上一页1.2、磁场中各点的磁场方向如何描述呢?将一个小磁针放在磁场中某一点，小磁针静止时，北极N所指的方向，就是该点的磁场方向.下一页总目录章目录返回上一页磁力线(磁感应线)如何形象地描述磁场中各点的磁场方向?1、定义：磁力线是在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁场(磁感应强度)的方向一致。磁力线互不相交(相切)的闭合曲线曲线的疏密程度表示该点的磁场强弱AB下一页总目录章目录返回上一页磁力线特点1)磁力线是假想的，不是真实的。2)磁力线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向。3)磁力线的疏密表示磁场的强弱。4)磁力线是闭合曲线。在磁体的外部磁力线由N极发出回到S极，内部磁力线则由S极指向N极5)磁力线不能相交或相切。•磁力线是闭合曲线电场线不是闭合曲线下一页总目录章目录返回上一页外部从N到S几种常见的磁场1、条形磁铁2、蹄形磁铁下一页总目录章目录返回上一页正视图Ｉ3直线电流的磁场的磁感线：安培定则(1):右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向.(右手螺旋定则)俯视图表示垂直于纸面向里表示垂直于纸面向外下一页总目录章目录返回上一页例1、如图所示,一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方,并与磁针指向平行,能使小磁针的N极转向读者,那么这束带电粒子可能是()A、向右飞行的正离子束B、向左飞行的正离子束C、向右飞行的负离子束D、向左飞行的负离子束BC下一页总目录章目录返回上一页4、环形电流的磁场的磁感线安培定则(2):让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.正视图侧视图下一页总目录章目录返回上一页例2、如图所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后,三只小磁针N极的偏转方向是()A、全向里B、全向外C、a向里，b、c向外D、a、c向外，b向里D下一页总目录章目录返回上一页5通电螺线管的磁场的磁感线通电螺线管的磁场就是环形电流磁场的叠加.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时,拇指所指的方向是螺线管内部的磁场的方向.I下一页总目录章目录返回上一页等效下一页总目录章目录返回上一页例3、如图所示，当开关闭合时:(1)判断通电螺线管的磁极；(2)指出每个小磁针的N、S极.NS甲乙丙丁SNNNN下一页总目录章目录返回上一页安培假说假说：一切磁现象都起源于电流。在磁性物质分子中，存在着回路电流，称分子电流，它相当于一个基元磁铁。若将这些分子电流定向地排列起来，宏观上显示出N、S极来。ISIS分子电流下一页总目录章目录返回上一页1、定义：磁场强弱、方向处处相同的磁场2、磁力线特点：是一些间隔相同的平行直线匀强磁场下一页总目录章目录返回上一页2.磁场的基本物理量磁通：穿过垂直于磁场(B方向)方向的面积S中的磁力线总数。说明:如果不是均匀磁场，则取B的平均值。在均匀磁场中=BS或B=/S磁通的单位:韦[伯](Wb)1Wb=1V·s磁通的连续性原理:入=出下一页总目录章目录返回上一页适用条件1)匀强磁场:B是匀强磁场的磁感应强度.2)磁场方向垂直平面:B⊥S.(1)当B∥S时,(2)当磁场B与面积S不垂直时（θ),若S与B不垂直.Ssinθ为垂直于磁场方向的投影面积.θΦ=BSsinθ磁通量Φ=0.下一页总目录章目录返回上一页例6如图所示,一矩形线框,从.abcd位置移动到a′b′c′d′位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)()A.一直增加B.一直减少C.先增加后减少D.先增加,再减少直到零,然后再增加,然后再减少adcba′b′d′c′D下一页总目录章目录返回上一页磁感应强度磁感应强度B:表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度B的大小:磁感应强度B的方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。SB磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。磁感应强度B的单位:特斯拉(T)，1T=1Wb/m2均匀磁场:各点磁感应强度大小相等，方向相同的磁场，也称匀强磁场。下一页总目录章目录返回上一页真空的磁导率为常数，用0表示，有：磁导率磁导率：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。H/m10π470相对磁导率r：任一种物质的磁导率和真空的磁导率0的比值。0r磁导率的单位：亨/米（H/m）0BBHH0下一页总目录章目录返回上一页环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为，经试验证明此通电螺线管在半径为x处各点的磁感应强度为：xxlNIBSxHxIN匝相对于真空的磁感应强度为xrlNIB0下一页总目录章目录返回上一页磁场强度•介质的影响使得计算复杂,为了简化计算,引入磁场强度。•磁场强度H：介质中某点的磁感应强度B与介质磁导率之比。BH磁场强度H的单位：安培/米（A/m)下一页总目录章目录返回上一页因某点磁感应强度为xxxlNIHBSxHxIN匝故相应点磁场强度H为：xxlNIH可见,磁场内某点的磁场强度H只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性()无关；而磁感应强度B与磁场媒质的磁性有关。下一页总目录章目录返回上一页3.物质的磁性3.1.非磁性物质非磁性物质分子电流的磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。非磁性材料的磁导率都是常数，有：所以磁通与产生此磁通的电流I成正比，呈线性关系。当磁场媒质是非磁性材料时，有：即B与H成正比，呈线性关系。由于lNIHSΦB,OHB0r1B=0H()(I)下一页总目录章目录返回上一页3.2.磁性物质磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。磁畴外磁场在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。磁畴下一页总目录章目录返回上一页4.磁性材料的磁性能高导磁性磁性材料的磁导率通常都很高，即r1(如坡莫合金，其r可达2105)。磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。下一页总目录章目录返回上一页按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：(1)软磁材料一般用来制造电机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。(2)永磁材料一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。(3)矩磁材料在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。下一页总目录章目录返回上一页5.磁场对载流导体的作用•载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力(安培力),•电磁力的方向－左手定则伸开左手,使大拇指与四指在同一平面内,并跟四指垂直,让磁力线穿入手心,使四指指向电流方向,这时大拇指方向就是电磁力的方向。F垂直于B，F垂直于I，F垂直于B和I决定的平面，但B与I不一定垂直。下一页总目录章目录返回上一页电磁力的大小•匀强磁场，当B与I垂直时，F=BIL。当B与I不垂直时，F=BILSinα电流间相互作用：同向吸引,反向相斥下一页总目录章目录返回上一页6.电磁感应电流能产生磁场（电流的磁效应）。反之，能否通过磁场产生电流？1831年英国科学家法拉第通过大量实验证实变化的磁场可以在导体内产生电动势（感应电动势）和电流（感应电流）。称为电磁感应现象。下一页总目录章目录返回上一页abvmF直导体切割磁力线所产生的电动势大小:导体运动方向与磁力线垂直:e=Blv导体运动方向与磁力线不垂直:e=BlvSinαα—导体运动方向与磁力线的夹角下一页总目录章目录返回上一页电磁感应方向•右手定则:伸开右手,使大拇指与四指在同一平面内,并跟四指垂直,让磁力线穿入手心,使大拇指向导体运动方向,这时四指方向就是感应电动势的方向。下一页总目录章目录返回上一页电磁感应定律1.电磁感应现象NS下一页总目录章目录返回上一页abvmF电磁感应现象下一页总目录章目录返回上一页当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时（不论这种变化是由什么原因引起的），在导体回路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象。相应的电动势则称为感应电动势。回路中所产生的电流称为感应电流。电磁感应现象下一页总目录章目录返回上一页法拉第电磁感应定律：闭合回路中感应电动势的大小等于通过该回路磁通量的时间变化率的负值：dtΦdε任取回路绕行方向l，回路的单位正法线矢量n由右螺旋定则确定。沿方向为正，反之为负。dtΦdn规定：ε沿l方向为正，反之为负；lndtΦdεlndtΦdε0ε,0dtΦd,0Φ0ε,0dtΦd,0Φ下一页总目录章目录返回上一页若线圈由N匝组成：dtΨdΦdtdεN1iiiΦΨ称为磁通匝链数（磁链）或全磁通。若通过各匝线圈的磁通量相等：dtΦdNε线圈中的感应电流：dtΦdR1I下一页总目录章目录返回上一页楞次定律判断感应电流方向的楞次定律:闭合回路中产生的感应电流具有确定的方向，它总是使感应电流所产生的通过回路面积的磁通量，去补偿或者反抗引起感应电流的磁通量的变化。NSNS楞次下一页总目录章目录返回上一页注意:（1）感应电流所产生的磁通量要阻碍的是磁通量的变化，而不是磁通量本身。（2）阻碍并不意味抵消。如果磁通量的变化完全被抵消了，则感应电流也就不存在了。楞次定律楞次定律是能量守恒与转化定律的必然结果。下一页总目录章目录返回上一页7.自感和互感•7.1自感现象i1LHL1自感电流的方向?i2RHL2自感电动势的方向?ES下一页总目录章目录返回上一页1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。注意：“阻碍”不是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用下一页总目录章目录返回上一页实验一：2、再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光。3、然后断开开关S。灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。1、先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。LA1RA2SR1下一页总目录章目录返回上一页解释：在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通量也随着增大，因而线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，所以通过A1的电流只能逐渐增大，灯泡A1只能逐渐亮起来。问题：与线圈相连的灯泡为什么要过一会才亮？下一页总目录章目录返回上一页实验二：1、把灯泡A和带铁芯的线圈L并联在直流电路中。2、接通电路，待灯泡正常发光，断开电路。ALS下一页总目录章目录返回上一页解释：S断开时，A灯突然闪亮一下才熄灭。在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈中产生感应电动势。虽然这时电源已经断开，但线圈L和灯泡A组成了闭合电路，在这个电路中有