电磁学的基本概念(3页).doc

-电磁学的基本概念-第 3 页电磁学的基本概念首先我们引入两个公式： 磁势又称磁通势，我们知道，如果想产生电流，那么必须有电动势（电压）。磁场也是如此，如果想产生磁通，则必须有磁（通）势。磁通的概念是通过特定面积内的“磁场”的总数，于是为了求出磁通，我们就需要知道整个面积的大小，以及单位面积内的“磁场”数目。为了更形象的描述，我们用磁力线来表示磁场，也就是说，十根磁力线的磁通量是一根磁力线的磁通量的十倍。和电路一样，磁力线也是闭合的，其起点和终点必然会和于一点。为了描述磁场的强度，我们引入另外一个量，就是磁感应强度B，又称磁密，磁感应强度有大小，指单位面积内通过的磁通量，即磁场在空间中的密度。也有方向，其与电流方向成右手螺旋关系，若是永磁体，则从N端出来S端进入。现在我们知道了磁感应强度的概念，如果我们再知道面积，那么我们就可以计算通过整个面积的磁通量了，其公式如下：上面公式的就是通过面积S，磁感应强度为B的磁场所产生的磁通量。值得注意的是，上面公式成立的前提条件是磁力线与截面垂直，如果不垂直的话，需要将这个面积进行投影，折算到垂直面，其关系为余弦。在国际单位制中，磁通单位是Wb（韦伯），磁密单位为T（特斯拉）。其实在现实中，我们更注重磁密这个量，因为我们无法全部收集磁通量，而导线通电所能产生力的大小与磁密有关。我们说，磁感应强度又称磁密，是指磁力线的密度。但我们需要探究磁力线是怎么产生的，通常是由通电导线或者永磁体产生。即磁力线产生的源头的磁通量是不变的，但相通的磁通量通过不过的物质，其所能通过的量是不同的，即不同的导磁物质的磁导率是不同的，这里我们引入磁导率这个概念。它决定了磁场强度与磁感应强度（磁密）的关系。磁场强度是磁源本身产生的，但磁感应强度却与磁场强度和导磁物质两者都有关，其关系用下式表示：上式中B为磁密（磁感应强度），H为磁场强度，为磁导率。现实中，真空中磁导率，铁磁材料的磁导率较大，是真空下的几千倍。值得注意的是，磁导率的大小不是固定的，其与磁场强度以及物质磁状态的历史有关，所以上面的公式不能直接用，而需要事先把各种铁磁材料用试验的方法，测出它们在不同磁场强度H下对应的磁密B，并画出B-H曲线（磁化曲线）。曲线中的B和H通常不是一条直线的关系，而是开始斜率呈“低高低”的趋势，最终导磁率趋近于，而且H增加的过程与减小的过程还不是一条曲线，这是因为磁滞的原因造成的，具体这里就不分析了。上面我们探讨了磁通方面的知识，下面来说磁通势的感念。通过刚开始的公式，我们把磁通势类比于电动势，其大小必然与产生它的某种量相关。永磁体的磁通势是固定的，我们无需讨论，但是导线等用电流来产生磁场的磁感应就不同了，也就是说，在这些磁路中，磁场是和电流的强度密切相关的。所以为了表示磁通势的大小，我们用电流的总数来表示磁通势的大小。因为磁场是围绕导线成闭环曲线，也就是说，任何的磁场都包围在产生它的电流周围，于是我们定义，磁通势的大小就是这段磁路所包围的电流的总和。或者说，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等于该回路所环链的所有电流的代数和，公式如下：和电路一样，我们可以用在电路中的导线一样的东西，来引导磁路的走向。所以磁路也是可以呈现不规则的形状，而不一定非得是环形。为了计算方便，或者实现数字化（上面是模拟计算方式），我们用下面的公式：上式中的N为励磁线圈的匝数。在电机或变压器里作磁路计算时，通常知道各段的磁通，磁路长度，励磁线圈匝数N。从上面的公式我们知道，要求磁通势，则缺少的量是H，我们可以通过公式，进行计算。载流导体在磁场中的安培力磁场对场中的载流导体有力的作用，称为安培力。在均匀磁场中，载流直导体与B方向垂直，则力的大小如下：，方向遵循左手定则。电磁感应定律变化的磁场在导体中会产生感应电动势，这就是电磁感应现象。其产生过程主要有两种，一种是导体在磁场中运动，导体切割磁力线产出切割电动势，其值为（v为速度）；另一种是线圈中磁通变化时，线圈内产生变压器电动势，其值为，方向遵循楞次定律。即磁通量增加是，和右手定则的结果相同，磁通量减少时，和右手定则的结果相反。右手定则的拇指方向为电动势正方向。