电工基础-磁场精.ppt

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1、电工基础-磁场第1页，本讲稿共50页第四章 磁场与电磁感应第一节 磁的基本知识第二节 磁场的基本物理量*第三节 磁路的欧姆定律 电与磁之间有着密切的联系，几乎所有的电子设备都应用到磁和电磁感应的基本原理。本章重点介绍电流的磁效应、磁场的基本物理量、磁路及电磁感应等内容。第四节 电磁感应第五节 电感器*第六节 自感第七节 互感第八节 涡流与磁屏蔽第2页，本讲稿共50页4-1 磁场的基本知识一、磁体与磁感线一、磁体与磁感线 某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性。某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质叫做磁性。具有磁性的物体叫做磁体。具有磁性的物体叫做磁体。常见的人造磁体形式有常见的人造磁

2、体形式有第3页，本讲稿共50页磁感应线1.在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感应线磁感应线。如图所示。如图所示。磁感应线磁感应线 第4页，本讲稿共50页磁感应线的特性1.磁场的强弱可用磁感应线的疏密表示，磁感应线密的磁场的强弱可用磁感应线的疏密表示，磁感应线密的地方磁场强；疏的地方磁场弱。地方磁场强；疏的地方磁场弱。2.在磁铁外部，磁感应线从在磁铁外部，磁感应线从N极到极到S极；在磁铁内部，磁极；在磁铁内部，磁感应线从感应线从S极到极到N极。磁感应线是闭合曲线。极

3、。磁感应线是闭合曲线。3.磁感应线不相交。磁感应线不相交。第5页，本讲稿共50页二、电流的磁效应 奥斯特：通电导体的周围存在磁场，这种现象叫奥斯特：通电导体的周围存在磁场，这种现象叫电流的磁效应电流的磁效应。磁场方向决定于电流方向，可以用磁场方向决定于电流方向，可以用右手螺旋定则右手螺旋定则来判断。来判断。1、直线电流产生的磁场 图图3 通电长直导线的磁场方向通电长直导线的磁场方向 方法是：用右手握住载流直导体，拇指伸直并指向电流方向，则弯曲的方法是：用右手握住载流直导体，拇指伸直并指向电流方向，则弯曲的四指的指向伸直的拇指所指的方向就是磁感应线方向。四指的指向伸直的拇指所指的方向就是磁感应线

4、方向。第6页，本讲稿共50页二、电流的磁效应磁场方向判定 磁场方向决定于电流方向，可以用磁场方向决定于电流方向，可以用右手螺旋定则右手螺旋定则来判断。来判断。2、通电螺线管的磁场方向 图图4 通电螺线管的磁场方向通电螺线管的磁场方向 螺螺线线管管通通电电后后，磁磁场场方方向向仍仍可可用用右右手手螺螺旋旋定定则则来来判判定定：用用右右手手握握住住螺螺线线管管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。第7页，本讲稿共50页4-2 磁场的基本物理量1、磁感应强度 在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线，所受到的磁场力在磁场中垂直

5、于此磁场方向的通电导线，所受到的磁场力F跟电跟电流强度流强度I和导线长度和导线长度L的乘积的乘积IL的比值，叫做通电导线所在处的磁感的比值，叫做通电导线所在处的磁感应强度，用应强度，用B表示。表示。磁感应强度是矢量磁感应强度是矢量：B的方向与磁场方向的方向与磁场方向相同，即与小磁针相同，即与小磁针N极受力方向相同。极受力方向相同。单位单位：特斯拉（：特斯拉（T）匀强磁场匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。中各点的磁感应强度大小和方向均相同。第8页，本讲稿共50页2、磁通 在在磁磁感感应应强强度度为为 B 的的匀匀强强磁磁场场中中取取一一个个与与磁磁场场方方向向垂垂直直，面面积积为为 S

6、 的的平面，则平面，则 B 与与 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量 ，简称磁通。即，简称磁通。即即即磁磁感感应应强强度度 B 可可看看作作是是通通过过单单位位面面积积的的磁磁通通，因因此此磁磁感感应应强度强度 B 也常叫做也常叫做磁通密度磁通密度，并用，并用 Wb/m2 作单位。作单位。磁通的国际单位是磁通的国际单位是韦韦伯伯 (Wb)。由磁通的定义式，可得。由磁通的定义式，可得 =BS第9页，本讲稿共50页3、磁导率、磁导率若若在在磁磁场场中中放放置置某某种种物物体体（例例如如将将软软铁铁插插入入线线圈圈），磁磁场场的的强强弱弱会会受受到到影影响响。放放置

7、置不不同同的的物物质质，对对磁磁场场强强弱弱的的影影响响不不同同。放放置置物物质质处处的的磁磁感感应应强强度度 B 将将发发生生变变化化，磁磁介介质质对对磁磁场场的的影影响响程程度度取取决决于于它它本本身的导磁性能。身的导磁性能。物质导磁性能的强弱用物质导磁性能的强弱用磁导率磁导率 来表示。来表示。的单位是：的单位是：亨亨利利/米米(H/m)。不不同同的的物物质质磁磁导导率率不不同同。在在相相同同的的条条件件下下，值值越越大大，磁磁感感应强度应强度 B 越大，磁场越强；越大，磁场越强；值越小，磁感应强度值越小，磁感应强度 B 越小，磁场越弱。越小，磁场越弱。真空中的磁导率是一个常数，用真空中的

8、磁导率是一个常数，用 0 表示表示 0=4 10 7 H/m第10页，本讲稿共50页1、相对磁导率 为为便便于于对对各各种种物物质质的的导导磁磁性性能能进进行行比比较较，以以真真空空磁磁导导率率 0 为为基基准准，将将其其他他物物质质的的磁磁导导率率 与与 0 比比较较，其其比比值值叫叫相相对对磁磁导导率率，用用 r 表表示，即示，即第11页，本讲稿共50页 根据相对磁导率根据相对磁导率 r 的大小，可将物质分为三类：的大小，可将物质分为三类：(1)顺顺磁磁物物质质：r 略略大大于于 1，如如空空气气、氧氧、锡锡、铝铝、铅铅等等物物质质都都是是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度顺磁

9、性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度 B 略有增加。略有增加。(2)反反磁磁物物质质：r 略略小小于于 1，如如氢氢、铜铜、石石墨墨、银银、锌锌等等物物质质都都是是反反磁磁性性物物质质，又又叫叫做做抗抗磁磁性性物物质质。在在磁磁场场中中放放置置反反磁磁性性物物质质，磁磁感感应应强强度度 B 略略有减小。有减小。(3)铁铁磁磁物物质质：r 1，且且不不是是常常数数，如如铁铁、钢钢、铸铸铁铁、镍镍、钴钴等等物物质质都都是是铁铁磁磁性性物物质质。在在磁磁场场中中放放入入铁铁磁磁性性物物质质，可可使使磁磁感感应应强强度度 B 增加几千甚至几万倍。增加几千甚至几万倍。第12页，本讲稿共50页铁磁物

10、质的相对磁导率材料材料相相对对磁磁导导率率材料材料相相对对磁磁导导率率钴钴174174镍铁镍铁合金合金60 00060 000镍镍1 1201 120真空中融化的真空中融化的电电解解铁铁12 95012 950软钢软钢2 1802 180坡莫合金坡莫合金115 000115 000硅钢片硅钢片700070001000010000铝硅铁粉芯铝硅铁粉芯7 7未未经经退火的退火的铸铸铁铁240240锰锌铁氧体锰锌铁氧体50005000已已经经退火的退火的铸铸铁铁620620镍铁铁氧体镍铁铁氧体10001000第13页，本讲稿共50页4.磁场强度磁磁场场中中某某点点的的磁磁场场强强度度等等于于该该点点

11、磁磁感感应应强强度度与与介介质质磁磁导导率率的的比比值值，用字母用字母H表示。表示。磁磁场场强强度度 H 也也是是矢矢量量，其其方方向向与与磁磁感感应应强强度度 B 同同向向，国国际际单单位位是是：安培安培/米米(A/m)。必必须须注注意意：磁磁场场中中各各点点的的磁磁场场强强度度H的的大大小小只只与与产产生生磁磁场场的的电电流流I的的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。第14页，本讲稿共50页三、几种常见载流导体的磁场强度1、载流长直导线计计算算：在在载载流流长长直直导导线线产产生生的的磁磁场场中中，有有一一点点P，它它与与导导线线的的距距离离

12、为为r。实实验验证证明明该该点点磁磁场场强强度度的的大大小小与与导导线线中中的的电电流流成成正正比比，与与r成成反比，即反比，即方向判断方向判断：右手螺旋法则。：右手螺旋法则。第15页，本讲稿共50页三、几种常见载流导体的磁场强度2、载流螺线管计计算算：计计算算大大小小：如如果果螺螺线线管管的的匝匝数数为为N，长长度度为为L，通通电电电电流流为为I。理论和实验证明，其内部磁场强度为：。理论和实验证明，其内部磁场强度为：方向判断方向判断：右手螺旋法则。：右手螺旋法则。第16页，本讲稿共50页*4-3 磁路的欧姆定律一、磁路一、磁路 磁通所经过的路径叫做磁路。磁通所经过的路径叫做磁路。为了使磁通集

13、中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常把为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常把铁磁材料制成一定形状的铁心，构成各种电气设备所需的磁路。铁磁材料制成一定形状的铁心，构成各种电气设备所需的磁路。与电路类似，磁路分为无分支磁路和有分支磁路。与电路类似，磁路分为无分支磁路和有分支磁路。利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路相利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路相比，漏磁现象比漏电现象严重的多。全部在磁路内部闭合的磁通比，漏磁现象比漏电现象严重的多。全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通。部分经过磁路，部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做主磁通。部分经过磁路，部分经过磁

14、路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。为了计算简便，在漏磁不严重的情况下可将其忽略，叫做漏磁通。为了计算简便，在漏磁不严重的情况下可将其忽略，只计算主磁通即可。只计算主磁通即可。第17页，本讲稿共50页 如如果果磁磁路路的的平平均均长长度度为为L，横横截截面面积积为为S，通通电电线线圈圈的的匝匝数数为为N，磁磁路路的的平平均均长长度度为为L，线线圈圈中中的的电电流流为为I，螺螺线线管管内内的的磁磁场场可可看看作作匀匀强强磁场时，磁路内部磁通为磁场时，磁路内部磁通为 二、磁路的欧姆定律一一般般将将上上式式写写成成欧欧姆姆定定律律得得形形式式，即磁路欧姆定律即磁路欧姆定律第18页，本讲稿共50页磁路与电

15、路的比较电电路路磁路磁路电电流流I磁通磁通 电电阻阻磁阻磁阻电电阻率阻率 磁磁导导率率 电动势电动势E磁磁动势动势FI N电电路欧姆定路欧姆定律律I=E/R磁路欧姆定律磁路欧姆定律 =F/R第19页，本讲稿共50页4-4 电磁感应现象实验步骤实验步骤:1、导线、导线AB在磁场中做切割磁感线的运动。在磁场中做切割磁感线的运动。2、导线、导线AB沿着平行磁感线的方向运动。沿着平行磁感线的方向运动。一、电磁感应现象一、电磁感应现象 在磁可否生电这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤在磁可否生电这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系。为此，他做了许多实验，把导线放

16、在各种磁场中想立，有着密切的联系。为此，他做了许多实验，把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时10年，终于找到了年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。图4-14 电磁感应实验第20页，本讲稿共50页电磁感应实验 像像这这样样利利用用磁磁场场产产生生电电流流的的现现象象叫叫做做电电磁磁感感应应现现象象，用用电电磁磁感感应的方法产生的电流，叫感应电流。应的方法产生的电流，叫感应电流。实验现象实验现象:1、电流计指针发生偏转，表明闭合回路中有电流通过。、电流计指针发生偏

17、转，表明闭合回路中有电流通过。2、电流计的指针不动，表明回路中没有电流。、电流计的指针不动，表明回路中没有电流。结论产生感应电流的条件 闭闭合合回回路路中中的的一一部部分分道道理理在在磁磁场场中中作作切切割割磁磁感感线线运运动动时时，回回路路中中有感应电流。有感应电流。第21页，本讲稿共50页二、右手定则当当闭闭合合回回路路中中的的导导线线作作切切割割磁磁感感线线运运动动时时，所所产产生生的的感感应应电电流流方向可用方向可用右手定则右手定则来判断。来判断。伸伸开开右右手手，使使拇拇指指与与四四指指垂垂直直，并并都都跟跟手手掌掌在在一一个个平平面面内内，让让磁磁感感线穿入手心，拇指指向导体运动方

18、向，四指所指的即为感应电流的方向。线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指的即为感应电流的方向。楞次定律用用右右手手定定则则判判定定导导体体与与磁磁场场发发生生相相对对运运动动时时产产生生的的感感应应电电流流方方向向较较为为方方便便。如如何何来来判判定定闭闭合合电电路路的的磁磁通通量量发发生生变变化化时时，产生的感应电流方向呢？产生的感应电流方向呢？第22页，本讲稿共50页三、楞次定律 楞楞次次定定律律指指出出：感感应应电电流流的的方方向向，总总是是使使感感应应电电流流的的磁磁场场阻阻碍碍引引起起感感应应电电流流的的磁磁通通量量的的变变化化，它它是是判判断感应电流方向的普遍规律。断感应电流方

19、向的普遍规律。1应用楞次定律应用楞次定律判断步骤判断步骤 感应电流方向感应电流方向 第23页，本讲稿共50页三、楞次定律由由于于线线圈圈中中所所产产生生的的感感应应电电流流磁磁场场总总是是阻阻碍碍原原磁磁通通的的变变化化，即即阻阻碍碍磁磁铁铁与与线线圈圈的的相相对对运运动动，因因此此，要要想想保保持持它它们们的的相相对对运运动动，必必须须有有外外力力来来克克服服阻阻力力做做功功，并并通通过过做做功功将将其其他他形形式式的的能能转转化化为为电电能能，即即线线圈中的电流不是凭空产生的。圈中的电流不是凭空产生的。2楞次定律符合能量守恒定律楞次定律符合能量守恒定律第24页，本讲稿共50页三、右手定则与

20、楞次定律的一致性右右手手定定则则和和楞楞次次定定律律都都可可用用来来判判断断感感应应电电流流的的方方向向，两两种种方方法法本本质质是是相相同同的的，所所得得的的结结果果也也是是一一致的。致的。右右手手定定则则适适用用于于判判断断导导体体切切割割磁磁感感线线的的情情况况，而而楞楞次次定定律律是是判判断断感感应应电电流流方方向向的的普普遍遍规规律。律。第25页，本讲稿共50页4-5 电磁感应定律一、感应电动势一、感应电动势 注意注意：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。在在电电源源内内部部，电电流流从从电电源源负负极极流流向向正正极极，电电动动势势的的

21、方方向向也也是是由由负负极极指指向向正正极极，因因此此感感应应电电动动势势的的方方向向与与感感应应电电流流的的方方向向一一致致，仍仍可可用用右右手手定则和楞次定律来判断。定则和楞次定律来判断。1感应电动势感应电动势电电磁磁感感应应现现象象中中，闭闭合合回回路路中中产产生生了了感感应应电电流流，说说明明回回路路中中有有电电动动势势存存在在。在在电电磁磁感感应应现现象象中中产产生生的的电电动动势势叫叫感感应应电电动动势势。产产生生感感应应电电动动势势的的那那部部分分导导体体，就就相相当当于于电电源源，如如在在磁磁场场中中切切割割磁磁感感线线的的导导体体和磁通发生变化的线圈等。和磁通发生变化的线圈等

22、。2感应电动势的方向感应电动势的方向第26页，本讲稿共50页注意注意感感应应电电动动势势是是电电源源本本身身的的特特性性，即即只只要要穿穿过过电电路路的的磁磁通通发发生生变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。若若电电路路是是闭闭合合的的，则则电电路路中中有有感感应应电电流流，若若外外电电路路是是断断开开的的，则则电电路中就没有感应电流，只有感应电动势。路中就没有感应电流，只有感应电动势。感应电动势与电路是否闭合无关感应电动势与电路是否闭合无关第27页，本讲稿共50页二、电磁感应定律二、电磁感应定律法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定

23、律律：电电路路中中感感应应电电动动势势的的大大小小，跟跟穿穿过过这这一一电电路路的的磁磁通量的变化率通量的变化率成正比。成正比。对于对于N 匝线圈，有匝线圈，有 大量的实验表明：大量的实验表明：单单匝匝线线圈圈中中产产生生的的感感应应电电动动势势的的大大小小，与与穿穿过过线线圈圈的的磁磁通通变变化化率率 /t成正比，即成正比，即 式式中中负负号号反反映映楞楞次次定定律律的的内内容容，即即感感应应电电流流的的磁磁通通总总是是阻阻碍碍产产生生感感应应电电流流的的磁磁通通的的变变化化，它它并并不不表表示示算算出出的的感感应应电电动动势势得得值值一定小于零。一定小于零。第28页，本讲稿共50页4-6

24、电感器 在电子技术和电力工程中，常常遇到由导线绕制而成的线在电子技术和电力工程中，常常遇到由导线绕制而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈，日光灯电路中的镇流器等等，圈，如收音机中的高频扼流圈，日光灯电路中的镇流器等等，这些线圈统称为电感线圈，也叫电感器这些线圈统称为电感线圈，也叫电感器。电感元件在电子电路中主要与电容组成电感元件在电子电路中主要与电容组成LC谐振回路，谐振回路，其作用是调谐、选频、振荡、阻流及带通（带阻）滤波其作用是调谐、选频、振荡、阻流及带通（带阻）滤波等。等。第29页，本讲稿共50页 常用电感元件实物图及符号常用电感元件实物图及符号最常的电感器分类方法：根据线圈内有无铁芯，分

25、为空心和铁心电感线圈。最常的电感器分类方法：根据线圈内有无铁芯，分为空心和铁心电感线圈。第30页，本讲稿共50页一、空心电感线圈 绕在非铁磁材料做成的骨架上的线圈，叫做空心电感线圈。常见绕在非铁磁材料做成的骨架上的线圈，叫做空心电感线圈。常见的空心电感线圈如图所示。的空心电感线圈如图所示。磁链磁链：一个：一个N匝的电感线圈通有电流匝的电感线圈通有电流I，在每匝线圈上产生的磁通为，在每匝线圈上产生的磁通为，则线圈的磁链为则线圈的磁链为 第31页，本讲稿共50页一、空心电感线圈 磁通与磁链都是电流磁通与磁链都是电流I的函数，都随电流的变化而变化。理论的函数，都随电流的变化而变化。理论和实验都可以证

26、明，磁链与电流和实验都可以证明，磁链与电流I成正比，即成正比，即 电感电感L的的SI单位是亨利，符号为单位是亨利，符号为H，简称亨。，简称亨。1 mH=10-3 H；1 H=10-6 H经常用的电感单位还有毫亨经常用的电感单位还有毫亨(mH)、微亨、微亨(H)第32页，本讲稿共50页 在空心电感线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫做在空心电感线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫做铁心电感线圈。常见的铁心电感线圈如图所示。铁心电感线圈。常见的铁心电感线圈如图所示。通过铁心电感线圈的电流和磁链不是正比关系，即通过铁心电感线圈的电流和磁链不是正比关系，即磁链与电流的比值不是一个常数。磁链与电流的比值不是一个

27、常数。第33页，本讲稿共50页二、铁心电感线圈 对于一个确定的电感线圈，磁场强度对于一个确定的电感线圈，磁场强度H与所通过的电流与所通过的电流I成正比，即成正比，即H与与I一一对一一对应；磁感应强度应；磁感应强度B与线圈的磁链与线圈的磁链成正比，即成正比，即B与与一一对应。可见，一一对应。可见，与与I的曲线和的曲线和B与与H的曲线形状相同，如图所示。的曲线形状相同，如图所示。由图可见，电流为由图可见，电流为I1时对应的磁链时对应的磁链1，其电感为，其电感为 由图可见，电流为由图可见，电流为I2时对应的磁链时对应的磁链2，其电感为，其电感为 显然显然第34页，本讲稿共50页三、电感线圈的参数 电

28、感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感，一个是额定电流。是电感，一个是额定电流。当当通通过过一一个个线线圈圈的的磁磁通通发发生生变变化化时时，线线圈圈中中便便会会产产生生电电势势，这这就就是是电电磁磁感感应应现现象象。电电势势大大小小正正比比于于磁磁通通变变化化的的速速率率和和线线圈圈匝匝数数。自自感感电电动动势势的的方方向向总总是是组组织织电电流流变化的，犹如线圈具有惯性，这种变化的，犹如线圈具有惯性，这种电磁惯性的大小电磁惯性的大小就用电感量就用电感量L来表示。来表示。1电感电感电感量电感量L也称自感系数，是用来

29、表示电感元件自感应能力的物理量。也称自感系数，是用来表示电感元件自感应能力的物理量。电感电感L的的SI单位是亨利，符号为单位是亨利，符号为H，简称亨。，简称亨。1 mH=10-3 H；1 H=10-6 H经常用的电感单位还有毫亨经常用的电感单位还有毫亨(mH)、微亨、微亨(H)第35页，本讲稿共50页 电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感，一电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感，一个是额定电流。个是额定电流。通常是指允许长时间通过电感元件的直流电流值。通常是指允许长时间通过电感元件的直流电流值。2额定电流额定电流选用电感元件时，其额定电流值一

30、般要稍大于电流中流过的最大电流。选用电感元件时，其额定电流值一般要稍大于电流中流过的最大电流。注意：注意：实实际际的的电电感感线线圈圈常常用用导导线线绕绕制制而而成成，因因此此除除具具有有电电感感外外还还具具有有电电阻阻。由由于于电电感感线线圈圈的的电电阻阻很很小小，常常可可忽忽略略不不计计，它它就就成成为为一一种种只只有有电电感感而而没没有有电电阻阻的的理理想线圈，即纯电感线圈，简称电感。想线圈，即纯电感线圈，简称电感。第36页，本讲稿共50页*4-7 自感与互感一、自感现象与自感电动势一、自感现象与自感电动势当当导导体体中中的的电电流流发发生生变变化化时时，导导体体本本身身就就产产生生感感

31、应应电电动动势势，这这个个电电动动势势总总是是阻阻碍碍导导体体中中原原来来电电流流的的变变化化。这这种种由由于于导导体体本本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。身的电流发生变化而产生的电磁感应现象叫做自感现象。1自感现象自感现象自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。2自感电动势自感电动势第37页，本讲稿共50页一、自感现象与自感电动势一、自感现象与自感电动势自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势。2自感电动势自感电动势计计算算：在在自自感感电电动动势势的的参参考考方方向向和和电电感感、

32、元元件件电电流流为为关关联联参参考考方方向向下，自感电动势公式可由法拉第电磁感应定律推导而得下，自感电动势公式可由法拉第电磁感应定律推导而得 注意：注意：公式中的符号表明自感电动势总是企图阻止电流的变化。公式中的符号表明自感电动势总是企图阻止电流的变化。第38页，本讲稿共50页3自感现象的意义自感现象的意义1 1、自感现象广泛存在：、自感现象广泛存在：凡凡是是有有导导线线、线线圈圈的的设设备备中中，只只要要有有电电流流变变化化都都有有自自感感现现象象存在，因此要充分考虑自感和利用自感。存在，因此要充分考虑自感和利用自感。2 2、自感现象广泛应用与各种电器、电子技术中。、自感现象广泛应用与各种电

33、器、电子技术中。实实例例讲讲解解：日日光光灯灯。日日光光灯灯电电路路中中利利用用镇镇流流器器的的自自感感现现象象，获获得得点点燃灯管所需要的高压，并且使日光灯正常工作。燃灯管所需要的高压，并且使日光灯正常工作。3 3、自感现象在某些情况下是非常有害的。、自感现象在某些情况下是非常有害的。在在具具有有很很大大自自感感线线圈圈而而电电流流又又很很强强的的电电路路中中，当当电电路路断断开开的的瞬瞬间间，由由于于电电路路中中的的电电流流变变化化很很快快，在在电电路路中中会会产产生生很很大大的的自自感感电电动动势势，可可能能击击毁毁线线圈圈的的绝绝缘缘保保护护，或或者者使使开开关关的的闸闸刀刀和和固定夹

34、片之间的空气电离成导体，产生电弧而烧毁开关，甚至危害工作人员的安全。固定夹片之间的空气电离成导体，产生电弧而烧毁开关，甚至危害工作人员的安全。第39页，本讲稿共50页二、互感现象与互感电动势二、互感现象与互感电动势由由于于一一线线圈圈电电流流变变化化引引起起另另一一个个线线圈圈产产生生感感应应电电动动势势的的现现象象，称称为为互互感感现现象象。产产生生的的感应电动势叫互感电动势。感应电动势叫互感电动势。1互感现象互感现象演演示示实实验验：线线圈圈A和和滑滑键键变变阻阻器器RP、开开关关S串串联联起起来来以以后后接接到到电电源源E上上。线线圈圈B的的两两端端分分别别和和灵灵敏敏电电流流计计的的两

35、两个个接接线线柱柱连连接接。观观察察当当开开关关S闭闭合合或或断断开开的的瞬瞬间间，电电流流计计的变化情况。的变化情况。现现象象：当当开开关关S闭闭合合或或断断开开的的瞬瞬间间，电电流流计计的的指指针针发发生生偏偏转转，并并且且指指针针偏偏转转的的方方向向相相反反，说说明明电电流流方方向向相相反反。当当开开关关闭闭合合后后，迅迅速速改改变变变变阻阻器器的的阻阻值值，电电流流计计的的指指针针也也会会左左右偏转，而且阻值变化越快，电流计指针偏转的角度越大。右偏转，而且阻值变化越快，电流计指针偏转的角度越大。第40页，本讲稿共50页二、互感现象与互感电动势二、互感现象与互感电动势1互感现象互感现象分

36、分析析：实实验验表表明明线线圈圈A中中的的电电流流发发生生变变化化时时，电电流流产产生生的的磁磁场场也也要要发发生生变变化化，通通过过线线圈圈的的磁磁通通也也要要随随之之变变化化，其其中中必必然然要要有有一一部部分分磁磁通通通通过过线线圈圈B，这这部部分分磁磁通通叫叫做做互互感感磁磁通通。互互感感磁磁通通同同样样随随着着线线圈圈A中中电电流流的的变变化化而而变变化化，因因此此，线线圈圈B中中要要产产生生感感应应电电动动势势。同同样样，如如果果线线圈圈B中中的的电电流流发发生生变变化化时时，也也会会使使线线圈圈A中中产产生生感感应应电电动动势势。这这种种现现象象叫叫做做互互感感现现象象，所产生的

37、电动势叫做互感电动势，用来表示。所产生的电动势叫做互感电动势，用来表示。第41页，本讲稿共50页一、互感现象与互感电动势一、互感现象与互感电动势互感现象中产生的感应电动势，叫做互感电动势。互感现象中产生的感应电动势，叫做互感电动势。2互感电动势互感电动势计计算算：在在互互感感电电动动势势和和电电流流的的参参考考方方向向一一致致的的情情况况下下，理理论论和和实实验验证明线圈证明线圈B互感电动势为互感电动势为 式中：式中：M线圈的互感系数，单位是亨线圈的互感系数，单位是亨利利，符号为，符号为H；eM互感电动势，单位是伏互感电动势，单位是伏特特，符号为，符号为V。注意：注意：互感系数由这两个线圈的几

38、何形状、尺寸、匝数、它们之间互感系数由这两个线圈的几何形状、尺寸、匝数、它们之间的相对位置以及磁介质的磁导率决定，与线圈中的电流大小无关。的相对位置以及磁介质的磁导率决定，与线圈中的电流大小无关。第42页，本讲稿共50页3互感现象的意义互感现象的意义1 1、互感现象的应用：、互感现象的应用：应应用用互互感感可可以以很很方方便便的的把把能能量量或或信信号号由由一一个个线线圈圈传传递递到到另另一一个个线线圈圈。我我们们使使用用的的各各种种各各样样的的变变压压器器，如如电电力力变变压压器器、中中周周变变压压器器、钳形电流表等都是根据互感原理工作的。钳形电流表等都是根据互感原理工作的。2 2、互感现象

39、在某些情况下是非常有害的。、互感现象在某些情况下是非常有害的。例如：有线电话常常会由于两路电话间的互感而引起串音；无线例如：有线电话常常会由于两路电话间的互感而引起串音；无线电设备中，若线圈位置安放不当，线圈间相互干扰，影响设备正常电设备中，若线圈位置安放不当，线圈间相互干扰，影响设备正常工作。工作。在此类情况下就需要避免互感的干扰。在此类情况下就需要避免互感的干扰。第43页，本讲稿共50页一、互感线圈的同名端一、互感线圈的同名端4-8 互感线圈的同名端及实验判定 1同名端同名端 在在电电子子电电路路中中，对对两两个个或或两两个个以以上上的的有有电电磁磁耦耦合合的的线线圈圈，常常常需要知道互感

40、电动势的极性。常需要知道互感电动势的极性。如如下下图图所所示示，图图中中两两个个线线圈圈 L1、L2 绕绕在在同同一一个个圆圆柱柱形形铁铁棒棒上上，L1 中中通有电流通有电流 I。互感线圈的极性互感线圈的极性 第44页，本讲稿共50页1同名端同名端(1)当当 i 增增大大时时，它它所所产产生生的的磁磁通通 1 增增加加，L1 中中产产生生自自感感电电动动势势，L2 中中产产生生互互感感电电动动势势，这这两两个个电电动动势势都都是是由由于于磁磁通通 1 的的变变化化引引起起的的。根根据据楞楞次次定定律律可可知知，它它们们的的感感应应电电流流都都要要产产生生与与磁磁通通 1 相相反反的的磁磁通通，

41、以以阻阻碍碍原原磁磁通通 1 的的增增加加，由由安安培培定定则则可可确确定定 L1、L2 中中感感应应电电动动势势的的方方向向，即即电电源源的的正正、负负极极，标标注注在在图图上上，可可知知端端点点 1 与与 3、2 与与 4 极极性性相相同。同。(2)当当 I 减减小小时时，L1、L2 中中的的感感应应电电动动势势方方向向都都反反了了过过来来，但但端端点点 1 与与 3、2 与与 4 极性仍然相同。极性仍然相同。(3)无无论论电电流流从从哪哪端端流流入入线线圈圈，1 与与 3、2 与与 4 的的极极性性都都保保持持相相同。同。这这种种在在同同一一变变化化磁磁通通的的作作用用下下，感感应应电电

42、动动势势极极性性相相同同的的端端点点叫叫同名端同名端，感应电动势极性相反的端点叫，感应电动势极性相反的端点叫异名端异名端。第45页，本讲稿共50页在在电电路路中中，一一般般用用“”表表示示同同名名端端，如如下下图图所所示示。在在标标出出同同名名端端后后，每每个个线线圈圈的的具具体体绕绕法法和和它它们们之之间间的的相相对对位位置置就就不不需需要要在在图图上上表表示示出出来了。来了。2同名端的表示同名端的表示第46页，本讲稿共50页二、互感线圈同名端的判定1 1、应用楞次定律判定、应用楞次定律判定 若若线线圈圈的的绕绕向向已已知知，可可应应用用楞楞次次定定律律判判定定互互感感线线圈圈的的同名端。同

43、名端。2 2、应用实验的方法确定、应用实验的方法确定 若若线线圈圈的的绕绕向向无无法法确确定定式式，可可应应用用实实验验的的方方法法判判定定互互感感线圈的同名端。线圈的同名端。第47页，本讲稿共50页2 2、应用实验的方法确定、应用实验的方法确定 若若线线圈圈的的绕绕向向无无法法确确定定式式，可可应应用用实实验验的的方方法法判判定定互互感感线线圈的同名端。圈的同名端。线线圈圈L1与与电电阻阻R、开开关关S串串联联起起来来以以后后，接接到到直直流流电电源源E上上。把把线线圈圈L2的的两两端端与与直直流流电电压压表表（也也可可用用直直流流电电流流表表）连连接接。迅迅速速闭闭合合开开关关S，电电流流

44、从从线线圈圈L1的的A端端流流入入，并并且且电电流流随随时时间间的的增增大大而而增增大大，即即，如如果果此此时时电电压压表表的的指指针针正正向向偏偏转转，则则线线圈圈L1的的A端端与与线线圈圈L2的的C端端时时同同名名端端；反之，则反之，则A与与C则为异名端。则为异名端。第48页，本讲稿共50页4-9 线圈中的磁场能一、磁场能量一、磁场能量电感线圈也是一个储能元件。经过高等数学推导，线圈中储存的磁电感线圈也是一个储能元件。经过高等数学推导，线圈中储存的磁场能量为场能量为 当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线圈的电流越当线圈中通有电流时，线圈中就要储存磁场能量，通过线圈的电流越大，

45、储存的能量就越多；在通有相同电流的线圈中，电感越大的线圈，储大，储存的能量就越多；在通有相同电流的线圈中，电感越大的线圈，储存的能量越多，因此线圈的电感也反映了它储存磁场能量的能力。存的能量越多，因此线圈的电感也反映了它储存磁场能量的能力。第49页，本讲稿共50页磁场能量与电场能量的对比(1)磁磁场场能能量量和和电电场场能能量量在在电电路路中中的的转转化化都都是是可可逆逆的的。例例如如，随随着着电电流流的的增增大大，线线圈圈的的磁磁场场增增强强，储储入入的的磁磁场场能能量量增增多多；随随着着电电流流的的减减小小，磁磁场场减减弱弱，磁磁场场能能量量通通过过电电磁磁感感应应的的作作用用，又又转转化化为为电电能能。因因此此，线线圈圈和和电电容容器器一一样样是是储储能能元元件件，而而不不是是电电阻阻类类的的耗能元件。耗能元件。(2)磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公式相同。磁场能量的计算公式，在形式上与电场能量的计算公式相同。第50页，本讲稿共50页