电工基础3磁场与电磁感应

模块五磁场与电磁感应磁场的基本知识课题一1．掌握磁体及其性质。2．掌握电流的磁效应及其规律。3．掌握磁场的基本物理量。教学目标模块五磁场与电磁感应一、磁体及其性质1．磁体与磁极人们把物体能够吸引铁、镍、钴等金属及其合金的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分天然磁体和人造磁体。常见人造磁体模块五磁场与电磁感应磁极之间也有相互作用力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁极——磁体两端磁性最强的部分。一个可以在水平面内自由转动的条形磁铁或小磁针，静止后总是一个磁极指南，一个磁极指北。指南的磁极称为指南极，简称南极（S）；指北的磁极称为指北极，简称北极（N）。小磁针任何磁体都有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割，磁体总是保持两个异性磁极，也就是说，单独的N极或单独的S极是不存在的。模块五磁场与电磁感应磁场——磁体周围的空间存在着一种特殊的物质。它看不见、摸不着的，但是又具有一般物质所固有的一些属性（如力和能的特性）。2．磁场与磁感线判断某空间是否存在磁场，一般可用一个小磁针来检验：能使小磁针转动，并总是停留在一个固定方向的空间都存在磁场。（1）磁场模块五磁场与电磁感应（2）磁感线条形磁铁的磁感线模块五磁场与电磁感应（1）磁感线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。（2）磁感线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向，即小磁针N极所指的方向。（3）磁感线的密疏程度表示磁场的强弱，即磁感线越密的地方磁场越强，反之越弱。磁感线均匀分布而又相互平行的区称为均匀磁场，反之则称为非均匀磁场。磁感线规定：模块五磁场与电磁感应通常，平行于纸面的磁感线用带箭头的线段表示。垂直于纸面向里的磁感线用符号“×”表示，垂直于纸面向外的磁感线用符号“•”表示。“磁感线的方向从N极指向S极。”这话对吗？为什么？提示—磁感线磁感线试验模块五磁场与电磁感应电流通过导体后必然产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。电流越大，产生的磁场越强。二、电流的磁效应电流磁效应模块五磁场与电磁感应直导线电流产生的磁场电流所产生的磁场方向，可以用安培定则（也称右手螺旋定则）来判断。模块五磁场与电磁感应1．磁感应强度B,为向量2．磁通Φ3．磁导率μ4．磁场强度H三、磁场的基本物理量模块五磁场与电磁感应单位：特斯拉，简称特（T）。相量：方向为该点磁场的方向。IlFB在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线有效长度l的乘积Il的比值，称为该点的磁感应强度，用符号B来表示，即：1．磁感应强度B模块五磁场与电磁感应2．磁通ΦΦ＝BS磁通——磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。单位：韦伯（Wb），简称韦。Φ＝BScosα模块五磁场与电磁感应磁导率——用来表示媒介质导磁性能好坏的物理量，用符号μ表示，其单位是亨利／米（H／m）。3．磁导率μ真空的磁导率μ0＝4π×10－7H／m，且为一常数。模块五磁场与电磁感应0r把任一物质的磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率用μr表示，即：相对磁导率是个比值，没有单位。它表明在其他条件相同的情况下，媒介质中的磁感应强度是真空中磁感应强度的多少倍，即μ=μrμ0。模块五磁场与电磁感应分类特点材料非铁磁物质反磁物质μr稍小于1如铜、氢等顺磁物质μr稍大于1如空气、铝、铬等铁磁物质μr远大于1，可达几百甚至数万以上，并且不是一个常数。铁磁物质被广泛应用于电子技术及计算机技术方面。如铁、硅钢、坡莫合金、铁氧体、钴、镍等根据相对磁导率的大小，可把物质分为两大类。模块五磁场与电磁感应4．磁场强度HlNIH磁场强度，其单位是A/m，它的数值只与电流的大小及导体的几何形状有关。大气中的通电环形线圈：lNIB00大气中的通电环形线圈：HlNIB0r模块五磁场与电磁感应安培力是磁场对电流的作用力。洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力。安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，二者紧密地结合在一起，统称为电磁力。模块五磁场与电磁感应通电的直导体周围存在磁场，它就成了一个磁体，把这个磁体放到另一个磁场中，它也会受到磁力的作用。这就是通常所说的“电磁生力”。载流直导体在磁场中受到电磁力的作用一、磁场对载流直导体的作用模块五磁场与电磁感应电磁力——通电导体在磁场中受到的作用力。F＝BIlsinαF——通电导体受到的电磁力，N；B——磁感应强度，T；I——导体中的电流强度，A；l——导体在磁场中的长度，m；α——电流方向与磁感应线的夹角。α＝90°时，则sin90°＝1，导体受到的电磁力最大。α＝0°时，则sin0°＝0，导体受到的电磁力最小，等于零。模块五磁场与电磁感应通电导体在磁场内的受力方向，可用左手定则来判断。左手定则学与用—通电直导体间的电磁力模块五磁场与电磁感应二、磁场对通电线圈的作用把通电的线圈放到磁场中，磁场将对通电线圈产生一个电磁转矩，使线圈绕轴线转动。磁场对通电线圈的作用磁场对通电线圈的作用学与用—直流电动机原理想一想模块五磁场与电磁感应电视机、收音机中常用的是电动式扬声器，它是利用通电导线在磁场中受电磁力作用发生运动，带动空气振动而发声的，电动式扬声器由环形磁体、音圈、纸盆等组成。在环形磁铁的作用下，软铁柱和上下两个软铁板都被磁化，在它们的间隙中形成较强的磁场，磁感线的方向呈辐射状。当大小和方向交替变化的电流通过音圈时，音圈就会在电磁力的作用下带动纸盆沿上下方向振动，发出声音。电动式扬声器模块五磁场与电磁感应三、磁场对运动电荷的作用洛仑兹力——运动电荷在磁场中受到的电磁力，用f表示。在均匀磁场中，当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，f＝qvB式中，q的单位是C，v的单位是m/s，B的单位是T，f的单位是N。洛仑兹力的方向同样遵循左手定则。用左手定则判定洛伦兹力的方向模块五磁场与电磁感应运动电荷在磁场中受力的作用这一现象，在电子技术中得到了广泛的应用。电视机中的显像管及示波器中的显像管都是利用这一原理制成的。在显像管的颈部套有两对相互垂直的线圈，分别称为水平偏转线圈和垂直偏转线圈。当两对线圈中分别通入交变电流时，由电子枪射出的电子束就会在线圈磁场的作用下，有规则地从左到右，从上到下的运动，完成整幅图像的扫描。显像管示意图模块五磁场与电磁感应磁铁材料课题三1．了解铁磁材料的磁化。2．熟悉磁化曲线和磁滞回线。3．掌握铁磁材料的性质和分类方法。4．掌握铁磁材料的应用。教学目标模块五磁场与电磁感应使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。一、铁磁材料的磁化铁磁物质的磁化铁磁物质的磁化模块五磁场与电磁感应二、磁化曲线磁化实验与磁化曲线磁化曲线B随H变化的过程可用曲线来表示，称为磁化曲线。磁化曲线反映了铁心的磁化过程。模块五磁场与电磁感应硅钢片、铸钢、铸铁的磁化曲线HB铁磁材料在磁化过程中，磁导率只有在曲线的线性段，磁导率才可认为是一个常数。是变化的，不是常数。模块五磁场与电磁感应三、磁滞回线铁磁材料被反复磁化，形成闭合的曲线，称为磁滞回线。由于铁磁材料在反复磁化过程中，B的变化总是滞后于H的变化，所以，称这一现象为磁滞。磁滞回线模块五磁场与电磁感应四、铁磁材料的基本知识1．铁磁材料的磁性能（1）能被磁体吸引。（2）能被磁化，并且有剩磁和磁滞损耗。（3）磁导率μ不是常数，每种铁磁材料都有一个最大值。（4）磁感应强度B有一个饱和值Bm。模块五磁场与电磁感应2．铁磁材料的分类及其应用不同铁磁材料的磁滞回线小知识—磁带录音原理模块五磁场与电磁感应磁路欧姆定律课题四1．掌握磁路的定义。2．熟悉磁路欧姆定律，了解其应用。3．掌握电磁铁及应用。教学目标模块五磁场与电磁感应一、磁路的基本概念磁路磁路——磁通（磁感线）通过的闭合路径。通过铁心的磁通称为主磁通，铁心外的磁通称为漏磁通。磁路按其结构不同，可分为无分支磁路和分支磁路。模块五磁场与电磁感应二、磁路欧姆定律磁路欧姆定律模块五磁场与电磁感应设励磁线圈的匝数为N，通过的电流为I，铁心的截面积为S，磁路的平均长度为l，则磁场强度为：lNIHNI是产生磁通的能源，它相当于电路中的电动势，因此叫做磁通势，简称磁势，单位是(安·米)。若线圈匝数为定值，则电流增大，磁势增强。mRNIΦ磁阻磁通势磁通磁路欧姆定律：模块五磁场与电磁感应电路和磁路的区别REImRNIΦSlRSlRm电路磁路欧姆定律欧姆定律电动势E磁通势NI电流I磁通Φ电阻磁阻电阻率ρ磁导率μ模块五磁场与电磁感应在实际应用中，很多电气设备的磁路是通过几种不同的物质组成的。如图a所示电磁铁的磁路中，当衔铁未吸合时，磁通不但要经过铁心（磁阻为Rm1）和衔铁（磁阻为Rm2），还要两次通过宽度为δ的空气隙（磁阻为Rm气），其等效磁路如图b所示。此时，该磁路的欧姆定律可写成气mm2m1RRRNIΦ模块五磁场与电磁感应三、电磁铁电磁铁——应用电流产生磁场和磁能够吸引铁的现象而制成的一种电器。1．电磁铁的结构与原理电磁铁的工作原理示意图电磁铁的工作原理示意图模块五磁场与电磁感应2．电磁铁的特点（1）动作迅速，灵敏，容易控制。（2）励磁电流通过线圈时，呈现磁性，电流中断时，就失磁。（3）励磁电流方向改变时，电磁铁的极性也发生改变，但吸力方向不变。（4）励磁电流越大，线圈匝数越多，磁性越强，对衔铁的吸力越大。学与用—全自动洗衣机原理模块五磁场与电磁感应2．掌握电磁感应定律及应用。电磁感应课题五1．熟悉电磁感应现象。教学目标模块五磁场与电磁感应1．直导体切割磁感线产生感应电动势一、电磁感应现象直导体切割磁感线直导体切割磁感线模块五磁场与电磁感应2．穿过线圈的磁通发生变化产生感应电动势穿过线圈的磁通发生变化穿过线圈的磁通发生变化模块五磁场与电磁感应电磁感应—由于磁通变化而在直导体或线圈中产生电动势的现象。感应电动势—由电磁感应产生的电动势，用e表示。感应电流—由感应电动势产生的电流，用i表示。提示—直导体向右切割磁感应线模块五磁场与电磁感应二、感应电动势的计算1．直导体切割磁感线产生感应电动势v——导体切割磁感线的速度，m／s；B——磁感应强度，T；e——感应电动势，V。（1）感应电动势大小的计算e＝lvBl——直导体的长度，m；式中模块五磁场与电磁感应右手定则（2）感应电动势方向的判定应当注意，由于直导体中产生了感应电动势，因此必须把直导体（包括实验二中的线圈）看成是一个电源。在电源内部，感应电流从电源的负极流向正极，即感应电流方向与感应电动势的方向相同。右手定则模块五磁场与电磁感应式中△Φ——磁通的变化量，Wb。2．穿过线圈的磁通发生变化产生感应电动势tΦNe（1）感应电动势大小的计算tΦ——磁通的变化率，表示磁通变化快慢的物理量。△t——磁通变化△Φ所需要的时间，s。e——在△t时间内感应电动势的平均值，V。（2）感应电动势方向的判定楞次定律——感应电流的磁通总是阻碍原磁通的变化。模块五磁场与电磁感应使用楞次定律的步骤1．首先确定原磁通的方向，以及原磁通的变化趋势；2．根据楞次定律判定感应电流产生的磁通方向；3．根据感应电流产生的磁通方向，应用安培定则判定感应电流的方向。4．根据感应电流的方向，确定感应电动势的方向。一般来说，如果导体与磁感线之间有相对切割运动时，用右手定则判定感应电动势的方向较方便；如果导体与磁感线之间没有相对切割运动，只是穿过闭合回路的磁通发生了变化，则要用楞次定律来判定感应电动势的方向。模块五磁场与电磁感应如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长度为l的直导体AB，可沿平行导电轨道滑动。当导体以速度v向右匀速运动时，试确定导体中感应电动势的方向和大小。解题过程[例5一1]想一想—发电机原理小知识—动圈式话筒的构造原理模块五磁场与电磁感应自感课题六1．掌握自感的定义。2．掌握计算自感电动势大小的公式，会判断自感电动势的方向。3．掌握涡流和趋肤效应在生产实际中的应用。教学目标模块五磁场与电磁感应一、自感现象合上开关，HL2比HL1亮的慢由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感