《磁测量基础》PPT课件.ppt

第一章第一章 磁测量基础磁测量基础内内 容容基本磁学量和磁单位基本磁学量和磁单位1-1磁场的基本定律磁场的基本定律1-2物质的磁性物质的磁性1-3铁磁物质的静态磁特性铁磁物质的静态磁特性1-4 1-1 基本磁学量和磁单位基本磁学量和磁单位一、磁的库仑定律一、磁的库仑定律磁荷在空间产磁荷在空间产生的磁场生的磁场A/m（SI）点磁荷的磁极强点磁荷的磁极强度为度为qm单位：单位：Wb（SI）真空磁导率真空磁导率 1-1 基本磁学量和磁单位基本磁学量和磁单位磁偶极子磁偶极子磁偶极矩：磁偶极矩：Wb m（SI）-qm+qmlv 一个磁偶极矩为一个磁偶极矩为 jm 的磁偶极子，当取磁偶极子的磁偶极子，当取磁偶极子的中点为坐标原点为时，在距离为的中点为坐标原点为时，在距离为r处（处（rl）的）的空间中产生的磁场为空间中产生的磁场为A/m（SI）v 分子电流说：分子电流说：可以用以环形电流来描绘磁偶极子可以用以环形电流来描绘磁偶极子 环形电流的磁矩为环形电流的磁矩为i mA 磁矩的意义是表征磁偶极子磁性强弱和方向的磁矩的意义是表征磁偶极子磁性强弱和方向的一个物理量，和磁偶极矩具有相同的物理意义。一个物理量，和磁偶极矩具有相同的物理意义。（A m2）二、磁化强度和磁极化强度二、磁化强度和磁极化强度v两者都是描述宏观磁性物体两者都是描述宏观磁性物体磁性强弱的物理量。磁性强弱的物理量。v磁化强度：单位体积磁体内磁化强度：单位体积磁体内具有的磁矩矢量和。具有的磁矩矢量和。单位：单位：A/mv磁极化强度：单位体积磁体磁极化强度：单位体积磁体内具有的磁偶极矩矢量和。内具有的磁偶极矩矢量和。单位：特（斯拉）单位：特（斯拉）v比磁化强度：单位质量磁性比磁化强度：单位质量磁性体内具有的磁矩矢量和体内具有的磁矩矢量和。（其中（其中 为磁体密度）为磁体密度）单位：单位：A m2 Kg-1毕奥毕奥萨伐尔定律萨伐尔定律:三、磁感应强度三、磁感应强度B（也称磁通量密度）（也称磁通量密度）SI单位单位T，CGS单位单位Gs。1T=104Gs几种不同的电流在空间产生的磁场为：几种不同的电流在空间产生的磁场为：v无限长直导线无限长直导线v有限长直导线有限长直导线v圆形电流圆心处圆形电流圆心处v长直螺线管轴线中心处长直螺线管轴线中心处v螺绕环内部螺绕环内部 1、运动点电荷在磁场在磁场中受的洛伦兹力、运动点电荷在磁场在磁场中受的洛伦兹力对于任何置于其中的磁极或者电流能施加作用力。对于任何置于其中的磁极或者电流能施加作用力。2、通电导线在磁场在磁场中受的安培力、通电导线在磁场在磁场中受的安培力 F=BIL3、磁场作用于载流线圈的磁力矩、磁场作用于载流线圈的磁力矩磁电式电流计原理磁电式电流计原理 实验实验测定测定 游丝的反抗力矩与线圈转过的角度游丝的反抗力矩与线圈转过的角度 成正比成正比.NS磁铁磁铁高斯定理仍然成立：高斯定理仍然成立：v无介质时高斯定理无介质时高斯定理一、高斯定理一、高斯定理 磁通连续性原理磁通连续性原理1-2 磁场的基本定律磁场的基本定律v有介质存在时的高斯定理有介质存在时的高斯定理有介质存在时的高斯定理有介质存在时的高斯定理磁介质磁介质磁磁 化化附加磁场附加磁场磁感应线均为闭合曲线，都属于涡旋场磁感应线均为闭合曲线，都属于涡旋场磁感应线均为闭合曲线，都属于涡旋场磁感应线均为闭合曲线，都属于涡旋场磁通连续性原理：磁场的基本方程之一。磁通连续性原理：磁场的基本方程之一。v根据磁通连续性原理证明：根据磁通连续性原理证明：两种介质的分界面上，磁感应线的法线分两种介质的分界面上，磁感应线的法线分量相等，即量相等，即 B1n=B2n，因此，只要测出样品表，因此，只要测出样品表面法线磁场强度面法线磁场强度H2n，则样品内磁感应强度的法，则样品内磁感应强度的法线分量线分量B1n=0H2n 。SN样品样品B1nB2n如图，密绕长直螺线管内充满磁化强度为如图，密绕长直螺线管内充满磁化强度为 的各向的各向同性均匀磁介质，线圈中的电流为同性均匀磁介质，线圈中的电流为选取闭合回路，由安培环路定理得，选取闭合回路，由安培环路定理得，二、安培环路定理二、安培环路定理 全电流定律全电流定律定义磁场强度定义磁场强度磁场的基本方程之一，也叫全电流定律磁场的基本方程之一，也叫全电流定律只与传导电流有关只与传导电流有关v由全电流定律证明由全电流定律证明，在两种不同介质的分界面上，在两种不同介质的分界面上，磁场强度的切线分量相等。即如果测出样品表面磁场强度的切线分量相等。即如果测出样品表面切线方向磁场强度切线方向磁场强度H0，即为样品内切线方向磁场，即为样品内切线方向磁场强度。强度。NS样品样品HiH0三、磁介质的性能方程三、磁介质的性能方程vM 是反映介质磁化程度的物理量。是反映介质磁化程度的物理量。v在各向同性的磁介质中，某一点的磁化强度矢量与磁场在各向同性的磁介质中，某一点的磁化强度矢量与磁场强度矢量之间的关系可写为：强度矢量之间的关系可写为：v磁化率磁化率 ，代表介质的磁化能力。无单位，代表介质的磁化能力。无单位磁导率磁导率v 磁导率磁导率 ，代表介质的磁化能力。单位，代表介质的磁化能力。单位H/mv 相对磁导率相对磁导率 r ，除铁磁物质外，其余介质的磁，除铁磁物质外，其余介质的磁导率与真空磁导率相差很小。导率与真空磁导率相差很小。(无单位无单位)v 电磁感应原理电磁感应原理面积A磁通量四、电磁感应定律四、电磁感应定律（一）磁路的概念（一）磁路的概念:磁路：磁路：磁通所通过的路径。磁通所通过的路径。主磁通：主磁通：由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所由于铁心的导磁性能比空气要好得多，所以绝大部分磁通将在铁心内通过，这部分磁通称以绝大部分磁通将在铁心内通过，这部分磁通称为主磁通。为主磁通。漏磁通：漏磁通：围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空围绕载流线圈、部分铁心和铁心周围的空间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏间，还存在少量分散的磁通，这部分磁通称为漏磁通。磁通。五、磁路的基本定律五、磁路的基本定律主磁路：主磁路：主磁通所通过的路径。主磁通所通过的路径。漏磁路：漏磁路：漏磁通所通过的路径。漏磁通所通过的路径。励磁线圈：励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。用以激励磁路中磁通的载流线圈。励磁电流：励磁电流：励磁线圈中的电流。励磁线圈中的电流。直流直流:直流磁路直流磁路 例如例如:直流电机直流电机 交流交流:交流磁路交流磁路 例如例如:变压器变压器 （二）、磁路的基本定律（二）、磁路的基本定律1 1安培环路定律安培环路定律 定律内容定律内容:沿任何一条闭合回线，磁场强度的线沿任何一条闭合回线，磁场强度的线积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值积分值恰好等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）。（代数和）。公式公式:附附图图1-2,有有:磁动势：通电线圈实际能够激发磁通量的磁势。磁动势：通电线圈实际能够激发磁通量的磁势。Fm=NI （A）磁阻：就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用磁阻：就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用Rm表示。表示。(H-1)2 2磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律 定律内容定律内容:作用在磁路上的作用在磁路上的磁动势磁动势等于磁路内的等于磁路内的磁通量乘以磁阻。磁通量乘以磁阻。类比电路：类比电路：由于磁导率 不是常数，所以Rm也不是常数。与电阻根本不同之处：1）电路中在电动势的驱动下，确实存在电荷在电路中流动，并因此引起电阻的发热。而在磁导体中，并没有物质或能量在流动，因此不会在磁导体中产生损耗。即使在交变磁场中，磁导体的损耗也不是磁通“流通”产生的。2)电路中电流限定在铜导线和其他导电元件内，这些元件的电导率高，比电路的周围材料的电导率一般高1012倍以上。由于没有磁绝缘材料，周围介质的磁导率只比组成磁路材料的磁导率低几个数量级，漏磁较为严重。3）导体的电导率与导体流过电流无关，而磁路中磁导率为与磁通密度有关的非线性参数。4）由于有散磁通存在，即使均匀绕制，也不能做到全耦合，漏磁通一般很难用分析方法求得，通常采用经验公式计算。5）磁场较复杂，交流激励的磁场在其周围导体中产生涡流效应，磁路计算是近似的 点击书本进入例题1-1例题 定律内容定律内容:穿出(或进入)任一闭和面的总磁通量恒等于零(或者说,进入任一闭合面的磁通量恒等于穿出该闭合面的磁通量),这就是磁通连续性定律。公式公式:又称磁路的并联定律。3 3磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律附图1-4 4 4磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律 定律背景定律背景:磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，磁路计算时，总是把整个磁路分成若干段，每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处每段为同一材料、相同截面积，且段内磁通密度处处相等，从而磁场强度亦处处相等。处相等，从而磁场强度亦处处相等。定律内容定律内容:沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。磁路磁位降的代数和。公式公式:又称磁路的串联定律。又称磁路的串联定律。附图1-5一、直流磁路的计算一、直流磁路的计算v导言:磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需磁路计算时，通常是先给定磁通量，然后计算所需要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆要的励磁磁动势。对于少数给定励磁磁动势求磁通量的逆问题，由于磁路的非线性，需要进行试探和多次迭代，才问题，由于磁路的非线性，需要进行试探和多次迭代，才能得到解答。能得到解答。1-3 1-3 磁路的计算磁路的计算 1 1简单串联磁路简单串联磁路 定义定义:不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁不计漏磁影响，仅有一个磁回路的无分支磁路路 .附图附图1-131-13.v 点击书本进入例题点击书本进入例题1-21-2例例题题2 2简单并联磁路简单并联磁路 定义定义:指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分支的磁路。指考虑漏磁影响，或磁回路有两个以上分支的磁路。点击书本进入例题点击书本进入例题1-1-例例题题三、交流磁路的特点三、交流磁路的特点 1.1.交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中的磁动势交流磁路中，激磁电流是交流，因此磁路中的磁动势及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流及其所激励的磁通均随时间而交变，但每一瞬时仍和直流磁路一样，遵循磁路的基本定律；磁路一样，遵循磁路的基本定律；2.2.就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁就瞬时值而言，通常情况下，可以使用相同的基本磁化曲线；化曲线；3.3.磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁动势和磁磁通量和磁通密度均用交流的幅值表示，磁动势和磁场强度则用有效值表示。场强度则用有效值表示。交变磁通的效应交变磁通的效应:(1)(1)磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应磁通量随时间交变，必然会在激磁线圈内产生感应电动势；电动势；(2)(2)磁通量随时间交变，必然会在铁心中产生铁心损耗。磁通量随时间交变，必然会在铁心中产生铁心损耗。(3)(3)磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。磁饱和现象会导致电流、磁通和电动势波形的畸变。小提示:本章内容已结束,及时复习可以巩固学习效果。