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第2章电磁现象及应用本讲稿第一页，共四十四页第第2 2章章 电磁现象及应用电磁现象及应用了解磁铁及性能，磁场的磁力线表示法，理解电流了解磁铁及性能，磁场的磁力线表示法，理解电流了解磁铁及性能，磁场的磁力线表示法，理解电流了解磁铁及性能，磁场的磁力线表示法，理解电流的磁场、的磁场、的磁场、的磁场、掌握左手定则和右手螺旋定则掌握左手定则和右手螺旋定则掌握左手定则和右手螺旋定则掌握左手定则和右手螺旋定则，了解磁通、，了解磁通、，了解磁通、，了解磁通、磁感应强度及其关系，了解磁路欧姆定律。磁感应强度及其关系，了解磁路欧姆定律。磁感应强度及其关系，了解磁路欧姆定律。磁感应强度及其关系，了解磁路欧姆定律。掌握磁场对导体、半导体的作用掌握磁场对导体、半导体的作用。理解电磁感应现象，理解电磁感应现象，理解电磁感应现象，理解电磁感应现象，掌握感应电动势的计算公式及掌握感应电动势的计算公式及掌握感应电动势的计算公式及掌握感应电动势的计算公式及方向判别，方向判别，方向判别，方向判别，理解自感现象、互感现象。理解自感现象、互感现象。本章要求本章要求:本讲稿第二页，共四十四页2.1 磁场与磁路欧姆定律磁场与磁路欧姆定律 磁铁：磁铁：磁铁：磁铁：具有磁性的物体。具有磁性的物体。2.1.1 磁铁与磁场磁铁与磁场1.磁铁磁铁磁铁磁铁（1 1）磁磁磁磁铁铁铁铁的两端磁性最的两端磁性最的两端磁性最的两端磁性最强强强强，为为磁极磁极磁极磁极。指向南端的。指向南端的磁极叫磁极叫磁极叫磁极叫南极（南极（南极（南极（S）；指向北端的磁极叫；指向北端的磁极叫；指向北端的磁极叫；指向北端的磁极叫北极（北极（北极（北极（N N）。磁铁的主要性质：磁铁的主要性质：磁铁的主要性质：磁铁的主要性质：永久磁铁永久磁铁暂时磁铁暂时磁铁天然磁铁天然磁铁人造磁铁人造磁铁（2）同性磁极互相排斥，异性磁极相互吸引同性磁极互相排斥，异性磁极相互吸引同性磁极互相排斥，异性磁极相互吸引同性磁极互相排斥，异性磁极相互吸引。磁极。磁极。磁极。磁极之间的之间的这种相互作用力，叫磁力这种相互作用力，叫磁力这种相互作用力，叫磁力这种相互作用力，叫磁力。（3 3）磁铁的磁铁的N、S两极相互依存两极相互依存，不能单独存在。，不能单独存在。，不能单独存在。，不能单独存在。本讲稿第三页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回（4）原来没有磁性的物质，放在磁铁旁边会获得磁性，原来没有磁性的物质，放在磁铁旁边会获得磁性，原来没有磁性的物质，放在磁铁旁边会获得磁性，原来没有磁性的物质，放在磁铁旁边会获得磁性，这这这这一现象叫一现象叫一现象叫一现象叫磁化磁化磁化磁化。被磁化的物质远离磁铁后仍保留一定的磁被磁化的物质远离磁铁后仍保留一定的磁被磁化的物质远离磁铁后仍保留一定的磁被磁化的物质远离磁铁后仍保留一定的磁性，性，性，性，叫叫剩磁剩磁。2.2.磁场磁场 磁场：磁场：磁力作用的空间，具有力和能的性质。磁力作用的空间，具有力和能的性质。磁场还具有强弱和方向，而且不同位置上的强弱磁场还具有强弱和方向，而且不同位置上的强弱磁场还具有强弱和方向，而且不同位置上的强弱磁场还具有强弱和方向，而且不同位置上的强弱和方向也是不同的。和方向也是不同的。磁力线：磁力线：带有方向的闭合曲带有方向的闭合曲带有方向的闭合曲带有方向的闭合曲线。外部由线。外部由线。外部由线。外部由N S,N S,内部内部S N。磁力线在某点切线方向表示磁力线在某点切线方向表示磁力线在某点切线方向表示磁力线在某点切线方向表示该点磁场方向，而且磁力线的疏密表示磁场强弱。该点磁场方向，而且磁力线的疏密表示磁场强弱。该点磁场方向，而且磁力线的疏密表示磁场强弱。该点磁场方向，而且磁力线的疏密表示磁场强弱。本讲稿第四页，共四十四页 磁磁磁磁场场场场的方向与的方向与的方向与的方向与电电电电流的方向流的方向流的方向流的方向满满满满足右手螺旋关系足右手螺旋关系足右手螺旋关系足右手螺旋关系总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.1.2 电流的磁场电流的磁场1.1.1.1.通电直导体的磁场通电直导体的磁场通电直导体的磁场通电直导体的磁场 通电直导体的磁场是以导体为中通电直导体的磁场是以导体为中通电直导体的磁场是以导体为中通电直导体的磁场是以导体为中心的同心圆心的同心圆心的同心圆心的同心圆，分布在垂直于导体的，分布在垂直于导体的，分布在垂直于导体的，分布在垂直于导体的平面上，且越靠近导体的地方数平面上，且越靠近导体的地方数平面上，且越靠近导体的地方数平面上，且越靠近导体的地方数量越多。量越多。量越多。量越多。例：例：用右手螺旋定则判断图中的电流或磁场方向。用右手螺旋定则判断图中的电流或磁场方向。用右手螺旋定则判断图中的电流或磁场方向。用右手螺旋定则判断图中的电流或磁场方向。解解:图图a)电流向左电流向左图图b)垂直向外垂直向外本讲稿第五页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回图图c)磁场顺时针磁场顺时针图图d)磁场逆时针磁场逆时针2通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场 通电螺线管的磁场类似条形通电螺线管的磁场类似条形磁铁。磁铁。实验证明，实验证明，实验证明，实验证明，通电螺线管磁场通电螺线管磁场的强弱与电流、匝数成正比的强弱与电流、匝数成正比的强弱与电流、匝数成正比的强弱与电流、匝数成正比。实验还证明，实验还证明，磁场的方向与磁场的方向与磁场的方向与磁场的方向与电流也满足右手螺旋关系。电流也满足右手螺旋关系。本讲稿第六页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回解解:例：例：例：例：用右手螺旋定则判断图用右手螺旋定则判断图a)a)中通电螺线管两端的中通电螺线管两端的极性及图极性及图极性及图极性及图b)中电流方向。中电流方向。中电流方向。中电流方向。S电流的周围存在磁场这一现象叫电流的周围存在磁场这一现象叫电流的磁效应电流的磁效应。电流的磁效应在汽车电器中有着广泛的应用。电流的磁效应在汽车电器中有着广泛的应用。N本讲稿第七页，共四十四页3.3.电流磁效应的应用电流磁效应的应用（1 1）电电喇叭喇叭组组成：成：工作原理工作原理:总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回盆形喇叭结构图盆形喇叭结构图铁心线圈铁心线圈产生电磁力产生电磁力按下喇叭按钮按下喇叭按钮吸引衔铁吸引衔铁衔铁衔铁带动膜片上下带动膜片上下控制触点状态控制触点状态膜片膜片使空气产生震动使空气产生震动动断触点动断触点控制线圈通断控制线圈通断移动移动线圈通电线圈通电本讲稿第八页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回衔铁及膜片复位衔铁及膜片复位触点顶开，线圈电路被切断，磁力触点顶开，线圈电路被切断，磁力和膜片下移和膜片下移消失消失通电产生磁力吸下衔铁和膜片通电产生磁力吸下衔铁和膜片触点又闭合，线圈又触点又闭合，线圈又 继电继电器是一种利用器是一种利用线线圈圈电电路的小路的小电电流控制触点流控制触点电电路路大大电电流的一种开关流的一种开关电电器。器。（2 2）电电喇叭喇叭继电继电器器组组组组成成成成：铁心线圈铁心线圈 产生电磁力产生电磁力衔铁衔铁衔铁衔铁控制触点状态控制触点状态控制触点状态控制触点状态组成喇叭电路组成喇叭电路动合触点动合触点 控制喇叭电路的通断控制喇叭电路的通断反力弹簧反力弹簧反力弹簧反力弹簧 线圈失电时使衔铁复位线圈失电时使衔铁复位本讲稿第九页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回在在在在弹弹弹弹簧作用下簧作用下簧作用下簧作用下工作原理工作原理工作原理工作原理:按下喇叭按按下喇叭按钮钮，线线圈通圈通电电产产产产生的生的生的生的电电电电磁力将磁力将磁力将磁力将衔铁衔铁衔铁衔铁吸下，触点吸下，触点吸下，触点吸下，触点闭闭闭闭合，喇叭合，喇叭合，喇叭合，喇叭电电电电路接通路接通路接通路接通当松开喇叭按当松开喇叭按当松开喇叭按当松开喇叭按钮钮钮钮后，后，后，后，线线线线圈失圈失圈失圈失电电电电衔铁衔铁复位，触点打开，从而切断喇叭复位，触点打开，从而切断喇叭电电路路。本讲稿第十页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回（3 3）干簧继电器（电流传感器）干簧继电器（电流传感器）干簧继电器（电流传感器）干簧继电器（电流传感器）干簧管干簧管、线圈线圈、屏蔽罩屏蔽罩屏蔽罩屏蔽罩（金属外（金属外罩）及罩）及引线引线等。等。等。等。组组组组成成成成：工作原理工作原理工作原理工作原理:当线圈通当线圈通电电时，在线圈的轴向时，在线圈的轴向产生了磁场。使簧片磁化，其产生了磁场。使簧片磁化，其触点触点触点触点产生极性相反的磁极，产生极性相反的磁极，吸合吸合在一起，将在一起，将外电路接通外电路接通。当当线圈断电线圈断电时，磁场消失，簧片退磁，依靠自身的弹时，磁场消失，簧片退磁，依靠自身的弹性恢复原位，使性恢复原位，使触点断开触点断开触点断开触点断开，与之连接的，与之连接的外电路被切断。外电路被切断。外电路被切断。外电路被切断。本讲稿第十一页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回 干簧管触点的开闭不但可用线圈的通、断电来控制，干簧管触点的开闭不但可用线圈的通、断电来控制，干簧管触点的开闭不但可用线圈的通、断电来控制，干簧管触点的开闭不但可用线圈的通、断电来控制，还可用永久磁铁来控制还可用永久磁铁来控制还可用永久磁铁来控制还可用永久磁铁来控制。当永久磁铁移近干簧管时，永当永久磁铁移近干簧管时，永久磁铁所产生的磁通使久磁铁所产生的磁通使弹簧片磁化，两簧片的触弹簧片磁化，两簧片的触点吸合；当永久磁铁远离点吸合；当永久磁铁远离干簧管时，两簧片复位，干簧管时，两簧片复位，触点断开。如制动液液面触点断开。如制动液液面报警装置就是根据这一原报警装置就是根据这一原理制成的。理制成的。本讲稿第十二页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.1.3 磁场的基本物理量磁场的基本物理量 定义：定义：定义：定义：垂直穿过某一面积垂直穿过某一面积垂直穿过某一面积垂直穿过某一面积S S中的磁力线总数。中的磁力线总数。单位单位:韦韦 伯伯伯伯(Wb)1Wb=1Vs表示磁场内某一面积上磁场强弱的物理量。表示磁场内某一面积上磁场强弱的物理量。2.2.2.2.磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B 定义：定义：定义：定义：垂直通过单位面积上的磁力线数。垂直通过单位面积上的磁力线数。垂直通过单位面积上的磁力线数。垂直通过单位面积上的磁力线数。在在在在均匀磁场中均匀磁场中 方向方向:与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。单位单位单位单位:特斯拉特斯拉特斯拉特斯拉(T)，1T=1Wb/m2 1.1.磁通磁通本讲稿第十三页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回3.3.3.3.磁导率磁导率磁导率磁导率实验：实验：用一个通电线圈去吸引某一铁块，改变线圈的匝数和电用一个通电线圈去吸引某一铁块，改变线圈的匝数和电用一个通电线圈去吸引某一铁块，改变线圈的匝数和电用一个通电线圈去吸引某一铁块，改变线圈的匝数和电流的大小，能够改变线圈对铁块的吸引力。流的大小，能够改变线圈对铁块的吸引力。流的大小，能够改变线圈对铁块的吸引力。流的大小，能够改变线圈对铁块的吸引力。当我们保持线圈的匝数和电流不变时，分别在线圈中插入当我们保持线圈的匝数和电流不变时，分别在线圈中插入当我们保持线圈的匝数和电流不变时，分别在线圈中插入当我们保持线圈的匝数和电流不变时，分别在线圈中插入铜棒、铸铁和硅钢片时，发现线圈对铁块吸引力的变化情铜棒、铸铁和硅钢片时，发现线圈对铁块吸引力的变化情铜棒、铸铁和硅钢片时，发现线圈对铁块吸引力的变化情铜棒、铸铁和硅钢片时，发现线圈对铁块吸引力的变化情况有很大的不同。插入铜棒时，线圈对铁块的吸引力几乎况有很大的不同。插入铜棒时，线圈对铁块的吸引力几乎况有很大的不同。插入铜棒时，线圈对铁块的吸引力几乎况有很大的不同。插入铜棒时，线圈对铁块的吸引力几乎不变；插入铸铁时，线圈对铁块的吸引力增大几百倍；插不变；插入铸铁时，线圈对铁块的吸引力增大几百倍；插不变；插入铸铁时，线圈对铁块的吸引力增大几百倍；插不变；插入铸铁时，线圈对铁块的吸引力增大几百倍；插入硅钢片时，线圈对铁块的吸引力增大近万倍。入硅钢片时，线圈对铁块的吸引力增大近万倍。入硅钢片时，线圈对铁块的吸引力增大近万倍。入硅钢片时，线圈对铁块的吸引力增大近万倍。上述实验说明：上述实验说明：上述实验说明：上述实验说明：磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B不仅与通入线圈的电流大小不仅与通入线圈的电流大小不仅与通入线圈的电流大小不仅与通入线圈的电流大小和匝数有关，还与磁场中介质的磁化性能有关，和匝数有关，还与磁场中介质的磁化性能有关，和匝数有关，还与磁场中介质的磁化性能有关，和匝数有关，还与磁场中介质的磁化性能有关，为了表示磁介为了表示磁介为了表示磁介为了表示磁介质的磁化性能，引出了磁导率这个物理量。质的磁化性能，引出了磁导率这个物理量。质的磁化性能，引出了磁导率这个物理量。质的磁化性能，引出了磁导率这个物理量。本讲稿第十四页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回由实验测定，由实验测定，真空的磁导率真空的磁导率为常数，用为常数，用 0 0表示，有：表示，有：表示，有：表示，有：磁导率磁导率 ：表示磁介质的磁性能的物理量，衡量物质表示磁介质的磁性能的物理量，衡量物质的导磁能力的导磁能力。任一种物质的磁导率任一种物质的磁导率 和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率和真空的磁导率 0 0的比值，称为的比值，称为的比值，称为的比值，称为该物质的该物质的该物质的该物质的相对磁导率相对磁导率相对磁导率相对磁导率 r r ，即，即，即，即磁导率磁导率磁导率磁导率 的单位：的单位：的单位：的单位：亨亨/米（米（H/m）因为因为 0 0是一个常数，故将其他物质的磁导率和它比较是一个常数，故将其他物质的磁导率和它比较是一个常数，故将其他物质的磁导率和它比较是一个常数，故将其他物质的磁导率和它比较是很方便的。是很方便的。是很方便的。是很方便的。l“非铁磁物质非铁磁物质非铁磁物质非铁磁物质”，如空气，如空气等，等，等，等，r1；l“铁磁物质铁磁物质铁磁物质铁磁物质”，如铁、钴等，如铁、钴等，r1本讲稿第十五页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.1.4 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律1.磁路的概念磁路的概念 在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。合通路，磁通的闭合路径称为磁路。直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路直流电机的磁路电磁继电器的磁路电磁继电器的磁路电磁继电器的磁路电磁继电器的磁路本讲稿第十六页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律在磁路中，磁通在磁路中，磁通在磁路中，磁通在磁路中，磁通与与与与产产产产生磁通的磁通生磁通的磁通生磁通的磁通生磁通的磁通势势势势F F（磁源）成（磁源）成正正比比，与磁路的磁阻，与磁路的磁阻，与磁路的磁阻，与磁路的磁阻Rm成成反比反比反比反比，这这就是就是磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律磁路欧姆定律，即即即即式中：磁通势式中：磁通势 F=NI，用于产生磁通；，用于产生磁通；磁阻磁阻磁阻磁阻Rmm=l/l/SS，表示磁路对磁通的阻碍作用；，表示磁路对磁通的阻碍作用；l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S 为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。为磁路的截面积。注意：注意：由于由于不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接应用于磁路的计算，它只能用于定性分析。应用于磁路的计算，它只能用于定性分析。应用于磁路的计算，它只能用于定性分析。应用于磁路的计算，它只能用于定性分析。N NI I S Sl l本讲稿第十七页，共四十四页2.2 磁场对电流的作用磁场对电流的作用 电磁力：电磁力：通电直导体在磁场中所受的力通电直导体在磁场中所受的力。2.2.1 磁场对通电导体的作用磁场对通电导体的作用1.磁场对通电直导体的作用磁场对通电直导体的作用 电磁力定律电磁力定律电磁力定律电磁力定律牛牛 顿顿顿顿（N N）导体与磁场方向的夹角导体与磁场方向的夹角 不同时，不同时，导体的受力情况也不同。导体的受力情况也不同。导体与磁场平行，因导体与磁场平行，因=0，故不受力，故不受力，F=0导体与磁场垂直，因导体与磁场垂直，因=90，故受力最大，故受力最大，故受力最大，故受力最大，F F=BILBIL如：如：如：如：本讲稿第十八页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回左手定则：左手定则：伸平左手，使拇指与四指垂直，让磁力线垂伸平左手，使拇指与四指垂直，让磁力线垂直穿过掌心，若四指指向为电流方向，则拇指的指向就直穿过掌心，若四指指向为电流方向，则拇指的指向就是受力方向。是受力方向。例：例：试试判断判断图图中直中直导导体的体的电电流方向流方向或受力方向（或受力方向（图图中中 表示表示电电流垂直流垂直纸纸面向里，面向里，表示表示电电流方向垂直流方向垂直纸纸面向外面向外）。）。解：解：a)a)直导体受力方向为向下直导体受力方向为向下 b)直导体电流方向为垂直纸面向外直导体电流方向为垂直纸面向外本讲稿第十九页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.磁场对通电线圈的作用磁场对通电线圈的作用 通电线圈在磁场中会受到转矩的作用，称为通电线圈在磁场中会受到转矩的作用，称为电磁转电磁转矩矩。单匝线圈单匝线圈N N匝线圈匝线圈匝线圈匝线圈式中式中式中式中 B B 磁场的磁感应强度磁场的磁感应强度 I线圈通入的电流线圈通入的电流 S S线圈的面积，矩形线圈线圈的面积，矩形线圈 S=S=abad 线线圈平面与磁圈平面与磁场场的的夹夹角（角（锐锐角）角）本讲稿第二十页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回N N匝线圈匝线圈匝线圈匝线圈线圈受到的转矩大小与线圈在磁场中的位置相关线圈受到的转矩大小与线圈在磁场中的位置相关线圈受到的转矩大小与线圈在磁场中的位置相关线圈受到的转矩大小与线圈在磁场中的位置相关。线线线线圈平面平行磁力圈平面平行磁力圈平面平行磁力圈平面平行磁力线线线线时时，；因因因因=0=0，cos=1，故故转转转转矩最大矩最大矩最大矩最大T=NBIS线线线线圈平面垂直磁力圈平面垂直磁力圈平面垂直磁力圈平面垂直磁力线线线线时时时时，因因=90=90，coscos=0=0，故故转转转转矩最小矩最小矩最小矩最小T T=0可见，通电线圈在磁场中，磁场总要使线圈平面转到与磁力可见，通电线圈在磁场中，磁场总要使线圈平面转到与磁力可见，通电线圈在磁场中，磁场总要使线圈平面转到与磁力可见，通电线圈在磁场中，磁场总要使线圈平面转到与磁力线相垂直的位置。线相垂直的位置。线相垂直的位置。线相垂直的位置。电磁转矩电磁转矩T T 的单位：的单位：牛牛顿顿 米（米（米（米（N N m）电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩T T 的方向根据力偶确定。的方向根据力偶确定。本讲稿第二十一页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回例：例：图图示示为为直流直流电动电动机机结结构示意构示意图图。设设B=2T，I=40A线线圈圈宽宽度度d=20cm=20cm，长长度度L=30cm。试试判断判断线线圈的圈的转转向向并并计计算算转转矩。矩。解：解：线线圈的圈的转转向向为为逆逆时针时针。转矩转矩转矩转矩 T T=BIScoscos =2=2 400.06=4.8Nm0.06=4.8Nm 通电线圈在磁场中受到转矩作用，通电线圈在磁场中受到转矩作用，从而转动的原理广泛用于直流电动机和测量仪表中。从而转动的原理广泛用于直流电动机和测量仪表中。从而转动的原理广泛用于直流电动机和测量仪表中。从而转动的原理广泛用于直流电动机和测量仪表中。原理：原理：原理：原理：当线圈通入电流时，磁场中受力产生转矩，使线当线圈通入电流时，磁场中受力产生转矩，使线当线圈通入电流时，磁场中受力产生转矩，使线当线圈通入电流时，磁场中受力产生转矩，使线圈转动并带动指针偏转。当转动力矩与弹簧产生的反作用圈转动并带动指针偏转。当转动力矩与弹簧产生的反作用圈转动并带动指针偏转。当转动力矩与弹簧产生的反作用圈转动并带动指针偏转。当转动力矩与弹簧产生的反作用力矩平衡时，指针停止转动，此时指针的指示值就是被测力矩平衡时，指针停止转动，此时指针的指示值就是被测力矩平衡时，指针停止转动，此时指针的指示值就是被测力矩平衡时，指针停止转动，此时指针的指示值就是被测量的大小量的大小量的大小量的大小。本讲稿第二十二页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.2.2 磁场对通电半导体的作用磁场对通电半导体的作用1.1.霍尔效应霍尔效应霍尔效应霍尔效应 在磁极磁场中放入一个长在磁极磁场中放入一个长在磁极磁场中放入一个长在磁极磁场中放入一个长方形的半导体薄片，使磁力方形的半导体薄片，使磁力方形的半导体薄片，使磁力方形的半导体薄片，使磁力线垂直于半导体表面，当在线垂直于半导体表面，当在线垂直于半导体表面，当在线垂直于半导体表面，当在半导体的一个侧面上通入电半导体的一个侧面上通入电半导体的一个侧面上通入电半导体的一个侧面上通入电流时，实验发现在另一个侧流时，实验发现在另一个侧流时，实验发现在另一个侧流时，实验发现在另一个侧面上将出现一定的电压。面上将出现一定的电压。面上将出现一定的电压。面上将出现一定的电压。霍霍尔尔效效应产应产生的生的电压电压叫叫霍霍尔尔电压电压UH。实验证实验证明明 RHH为为霍霍尔尔系数系数 d d为为为为半半半半导导导导体厚度体厚度体厚度体厚度 本讲稿第二十三页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.2.应用举例应用举例（1）转速测量）转速测量）转速测量）转速测量美国美国GM公司公司公司公司霍尔效应传感器霍尔效应传感器 在转子表面靠近边缘的地方在转子表面靠近边缘的地方固定一块小磁铁，将霍尔半导体固定一块小磁铁，将霍尔半导体（也称霍尔元件）设置在转子边（也称霍尔元件）设置在转子边（也称霍尔元件）设置在转子边（也称霍尔元件）设置在转子边缘靠近转子的地方，其正面对着缘靠近转子的地方，其正面对着缘靠近转子的地方，其正面对着缘靠近转子的地方，其正面对着磁铁。每当磁铁转到霍尔半导体磁铁。每当磁铁转到霍尔半导体正面时，半导体输出电压，磁铁正面时，半导体输出电压，磁铁转过后，输出电压为零。因此转转过后，输出电压为零。因此转转过后，输出电压为零。因此转转过后，输出电压为零。因此转子每旋转一周，霍尔半导体就输出一个脉冲。这些子每旋转一周，霍尔半导体就输出一个脉冲。这些子每旋转一周，霍尔半导体就输出一个脉冲。这些子每旋转一周，霍尔半导体就输出一个脉冲。这些脉冲接入频率计或计数器即可测出转子转速。因为脉冲接入频率计或计数器即可测出转子转速。因为转子与曲轴连接在一起，因此这里测出的转速就是转子与曲轴连接在一起，因此这里测出的转速就是汽车发动机的转速。汽车发动机的转速。汽车发动机的转速。汽车发动机的转速。本讲稿第二十四页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回（2 2）点火信号的产生）点火信号的产生 在磁轮外圆上镶嵌了一圈永久磁铁，相邻磁铁的在磁轮外圆上镶嵌了一圈永久磁铁，相邻磁铁的极性正好相反，因此磁轮上的极性正好相反，因此磁轮上的N N、S S磁极交替出现。磁极交替出现。霍尔半导体的感应面正对磁轮，当磁轮转动时，霍尔半导体的感应面正对磁轮，当磁轮转动时，N、S磁极交替出现在半导体感应面上，使半导体产生在磁极交替出现在半导体感应面上，使半导体产生在磁极交替出现在半导体感应面上，使半导体产生在磁极交替出现在半导体感应面上，使半导体产生在正负之间交替变化的脉冲电压，用这个脉冲电压去触正负之间交替变化的脉冲电压，用这个脉冲电压去触正负之间交替变化的脉冲电压，用这个脉冲电压去触正负之间交替变化的脉冲电压，用这个脉冲电压去触发功率开关管，使它导通或截止，那么在点火线圈二发功率开关管，使它导通或截止，那么在点火线圈二发功率开关管，使它导通或截止，那么在点火线圈二发功率开关管，使它导通或截止，那么在点火线圈二次侧中便产生次侧中便产生次侧中便产生次侧中便产生15kV的高电压，通过火花塞点燃汽缸的高电压，通过火花塞点燃汽缸中的燃油。随着发动机的转动，上述过程将周而复中的燃油。随着发动机的转动，上述过程将周而复始地进行下去，这就是点火系统的的工作原理始地进行下去，这就是点火系统的的工作原理 霍尔式汽车点火系统结构图霍尔式汽车点火系统结构图本讲稿第二十五页，共四十四页2.3 2.3 电磁感应电磁感应电磁感应电磁感应 当导体作切割磁力线运动或线圈中的磁通量发生变当导体作切割磁力线运动或线圈中的磁通量发生变化时，在它们之中就会产生电动势。若导体或线圈被化时，在它们之中就会产生电动势。若导体或线圈被接成闭合回路，回路中还会有电流产生。接成闭合回路，回路中还会有电流产生。这种磁生电的这种磁生电的这种磁生电的这种磁生电的现象，称为电磁感应。现象，称为电磁感应。现象，称为电磁感应。现象，称为电磁感应。2.3.1 直导体的感应电动势直导体的感应电动势感应电动势的大小：感应电动势的大小：感应电动势方向：感应电动势方向：感应电动势方向：感应电动势方向：用右手定则确定用右手定则确定 式中式中式中式中 B B 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度 v v切割速度切割速度切割速度切割速度 LL有效长度有效长度 运运动动方向与磁方向与磁场场方向的方向的夹夹角角本讲稿第二十六页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回例：例：例：例：图图示示电电路中直路中直导导体体AB，受外力作用以，受外力作用以v=20m/s=20m/s的速度切割磁的速度切割磁的速度切割磁的速度切割磁场场场场。设设设设磁磁磁磁场场场场B B=1T，导导体体L=0.5m=0.5m、R R0 0=1，负载负载R=9 9。试计试计试计试计算算算算ABAB中的感中的感中的感中的感应电动势应电动势应电动势应电动势e e和感和感应电应电流流I及外力及外力及外力及外力F F外外外外。解：解：由于由于导导导导体作匀速直体作匀速直体作匀速直体作匀速直线线线线运运运运动动动动，有：，有：，有：，有：感感感感应电动势应电动势应电动势应电动势e e方向方向如如图图所示所示感感应电应电流流I方向方向如如图图所示所示本讲稿第二十七页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.3.2 线圈的感应电动势线圈的感应电动势法拉第定律：法拉第定律：法拉第定律：法拉第定律：线圈产生的感应电动势的大小与穿过线圈的线圈产生的感应电动势的大小与穿过线圈的线圈产生的感应电动势的大小与穿过线圈的线圈产生的感应电动势的大小与穿过线圈的磁通量的变化率成正比。磁通量的变化率成正比。磁通量的变化率成正比。磁通量的变化率成正比。设线圈有设线圈有设线圈有设线圈有N N 匝匝匝匝，磁通的变化率为，磁通的变化率为，磁通的变化率为，磁通的变化率为d/dtdt，则则楞次定律：楞次定律：在线圈回路中，感应电流的方向总是使其产生的在线圈回路中，感应电流的方向总是使其产生的在线圈回路中，感应电流的方向总是使其产生的在线圈回路中，感应电流的方向总是使其产生的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。具体地说，若线圈回路由于磁通量增加而产生电磁感应，具体地说，若线圈回路由于磁通量增加而产生电磁感应，则感应电流的磁场与原来的磁场反向；若线圈回路由于则感应电流的磁场与原来的磁场反向；若线圈回路由于磁通量减少而产生电磁感应，则感应电流的磁场与原来磁通量减少而产生电磁感应，则感应电流的磁场与原来的磁场同向。的磁场同向。本讲稿第二十八页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回用楞次定律判断感应电流（电动势）方向的步骤：用楞次定律判断感应电流（电动势）方向的步骤：用楞次定律判断感应电流（电动势）方向的步骤：用楞次定律判断感应电流（电动势）方向的步骤：（1 1）确定线圈中磁通量的变化趋势（增加或减小）确定线圈中磁通量的变化趋势（增加或减小）确定线圈中磁通量的变化趋势（增加或减小）确定线圈中磁通量的变化趋势（增加或减小）；（2）由楞次定律确定感应电流的磁场方向；）由楞次定律确定感应电流的磁场方向；（3）根据感应磁场方向，用右手螺旋定则确定感应电流方）根据感应磁场方向，用右手螺旋定则确定感应电流方）根据感应磁场方向，用右手螺旋定则确定感应电流方）根据感应磁场方向，用右手螺旋定则确定感应电流方向；向；向；向；（4 4）根据一致原则由感应电流方向，定出感应电动势方向。）根据一致原则由感应电流方向，定出感应电动势方向。）根据一致原则由感应电流方向，定出感应电动势方向。）根据一致原则由感应电流方向，定出感应电动势方向。例：例：请判断磁铁插入和拔出线圈两种情况下线圈回路中请判断磁铁插入和拔出线圈两种情况下线圈回路中感应电流和感应电动势的方向。感应电流和感应电动势的方向。解：解：题图及答案见下页题图及答案见下页题图及答案见下页题图及答案见下页本讲稿第二十九页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回本讲稿第三十页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回 设设定感定感应电动势应电动势的参考方向与磁通的参考方向符合右的参考方向与磁通的参考方向符合右手螺旋关系手螺旋关系，e e 利用上式分析计算电动势的大小、方向十分方便。利用上式分析计算电动势的大小、方向十分方便。例：例：在上在上在上在上图图图图中，中，中，中，设设设设N=1，d d/dtdt=0.08Wb/s=0.08Wb/s，试试试试确定确定确定确定e的大小的大小的大小的大小和方向。和方向。和方向。和方向。解：解：e e的实际方向与图示相的实际方向与图示相反反则线则线圈的感圈的感应电动势应电动势可用下式表达：可用下式表达：本讲稿第三十一页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回2.3.3 自感现象自感现象1.自感现象自感现象自感实验电路自感实验电路自感实验电路自感实验电路 由通入线圈的电流发生变化而产生感由通入线圈的电流发生变化而产生感由通入线圈的电流发生变化而产生感由通入线圈的电流发生变化而产生感应电动势的现象就称为自感现象，应电动势的现象就称为自感现象，应电动势的现象就称为自感现象，应电动势的现象就称为自感现象，由由自感产生的感应电动势称为自感产生的感应电动势称为自感电自感电动势动势，用符号，用符号，用符号，用符号eL表示。表示。电感电感(自感自感):(H、mH)电流通过电流通过N匝匝线圈产生线圈产生(磁链磁链)电流通过电流通过一匝一匝线圈产生线圈产生(磁通磁通)设设则则2.2.自感电动势自感电动势电感是表示线圈中单位电流产生的自感磁链的物理量电感是表示线圈中单位电流产生的自感磁链的物理量本讲稿第三十二页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回 线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的磁导线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的磁导率等有关。率等有关。自感电动势：自感电动势：L空心线圈空心线圈空心线圈空心线圈S 线圈横截面积（线圈横截面积（m2）l 线圈长度（线圈长度（m）N 线圈匝数线圈匝数 介质的磁导率（介质的磁导率（H/m）铁心线圈铁心线圈铁心线圈铁心线圈L空心线圈空心线圈:线性电感元件线性电感元件;铁心线圈铁心线圈:非线性电感元件非线性电感元件对线性电感元件，对线性电感元件，对线性电感元件，对线性电感元件，N N=LiLi，有：有：有：有：本讲稿第三十三页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回 上式表明，上式表明，自感电动势与电流的变化率（变化快慢）成正比自感电动势与电流的变化率（变化快慢）成正比自感电动势与电流的变化率（变化快慢）成正比自感电动势与电流的变化率（变化快慢）成正比。变化率越大，线圈的自感电动势越大，相反，越小。在变化率越大，线圈的自感电动势越大，相反，越小。在直流电路中，电流变化率为零，自感电动势也为零，因直流电路中，电流变化率为零，自感电动势也为零，因此，此，线圈在直流电路中为短路状态线圈在直流电路中为短路状态线圈在直流电路中为短路状态线圈在直流电路中为短路状态。自感电动势：自感电动势：负号表示负号表示自感电动势具有阻碍电流变化的性质。自感电动势具有阻碍电流变化的性质。自感电动势具有阻碍电流变化的性质。自感电动势具有阻碍电流变化的性质。本讲稿第三十四页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回例：例：已知线圈中电流的实际方向及变化趋势，试判定线圈已知线圈中电流的实际方向及变化趋势，试判定线圈自感自感电动势的实际方向电动势的实际方向eL+-解：解：eL+注：注：eL=-Ldi/dt是在是在L为常数时导出的，是计算为常数时导出的，是计算空心空心线圈线圈eL的专用式。如果是的专用式。如果是铁心线圈，铁心线圈，则应根据一般公则应根据一般公式当式当eL=-d/dt计计算。算。本讲稿第三十五页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回3.自感现象的应用自感现象的应用自感现象的应用自感现象的应用（1）有利方面）有利方面滤滤滤滤波原理：波原理：波原理：波原理：当脉当脉当脉当脉动电动电动电动电流中的交流成分通流中的交流成分通流中的交流成分通流中的交流成分通过铁过铁过铁过铁心心心心线线线线圈圈圈圈时时时时，线线线线圈圈圈圈会会会会产产产产生自感生自感生自感生自感电动势电动势电动势电动势，这这这这个自感个自感个自感个自感电动势对电动势对电动势对电动势对交流成分起阻碍作交流成分起阻碍作交流成分起阻碍作交流成分起阻碍作用，使交流成分受到很大的衰减；而直流成分通用，使交流成分受到很大的衰减；而直流成分通用，使交流成分受到很大的衰减；而直流成分通用，使交流成分受到很大的衰减；而直流成分通过线过线过线过线圈圈圈圈时时时时不不不不产产产产生自感生自感生自感生自感电动势电动势电动势电动势，因此直流成分会不受阻碍地通，因此直流成分会不受阻碍地通，因此直流成分会不受阻碍地通，因此直流成分会不受阻碍地通过线过线过线过线圈圈圈圈送到送到送到送到输输输输出端。出端。出端。出端。型滤波电路型滤波电路本讲稿第三十六页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回（2）不利方面）不利方面表现在含有大电感的电器设备接通或断开的瞬间会出现表现在含有大电感的电器设备接通或断开的瞬间会出现过电压、过电流，使电器设备受到危害。过电压、过电流，使电器设备受到危害。它由点火线圈（一次和二次线圈组成）、蓄电池、凸轮及它由点火线圈（一次和二次线圈组成）、蓄电池、凸轮及触点等组成，其中蓄电池正极触点等组成，其中蓄电池正极一次线圈一次线圈触点触点蓄电池蓄电池负极组成电流通路。负极组成电流通路。传统汽车点传统汽车点火电路的原火电路的原理图理图 本讲稿第三十七页，共四十四页总目录总目录上页上页章目录章目录下页下页返回返回在电流通路中，触点起接通或断开电路的作用。当凸轮在电流通路中，触点起接通或断开电路的作用。当凸轮转动时，触点依次接通和断开，使通过一次线圈的电流转动时，触点依次接通和断开，使通过一次线圈的电流急剧变化，将产生一个很高的自