电工基础第四章精选文档.ppt
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1、电工基础第四章电工基础第四章本讲稿第一页,共七十八页4-1 磁场磁场本讲稿第二页,共七十八页一、磁体及其性质一、磁体及其性质 某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质称为某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁磁磁磁性性性性。具有磁性的物体称为。具有磁性的物体称为磁体磁体。磁体分。磁体分天然磁体天然磁体天然磁体天然磁体和和人造人造人造人造磁体磁体磁体磁体两大类。本讲稿第三页,共七十八页 磁体两端磁性最强的部分称磁极磁极磁极磁极。可以在水平面。可以在水平面内自由转动的磁针,静止后总是一个磁极指南,另一个内自由转动的磁针,静止后总是一个磁极指南,另一个指北。指北的磁极称北极(指北。指北的磁极称北
2、极(N);指南的磁极称南极();指南的磁极称南极(S S)。本讲稿第四页,共七十八页 任何磁体都具有两 个磁极,而且无论把 磁体怎样分割总保持 有两个异性磁极。与电荷间的相互作用力相似,当两个磁极靠近时,它们之间也会产生相互作用的力:同名磁极相互排斥同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引异名磁极相互吸引。本讲稿第五页,共七十八页二、磁场与磁感线二、磁场与磁感线1 1 磁场在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质磁场磁场。磁极之间的作用力通过磁场进行传递。磁极之间的作用力通过磁场进行传递。动画动画本讲稿第六页,共七十八页2 磁感线磁场的分布常用磁感线来描述。视频视
3、频本讲稿第七页,共七十八页三、电流的磁场三、电流的磁场 不仅磁铁能产生磁场,电流也不仅磁铁能产生磁场,电流也能产生磁场,这种现象称为电流的能产生磁场,这种现象称为电流的磁效应磁效应磁效应磁效应。动画动画磁场的应用:磁悬浮列车磁场的应用:磁悬浮列车本讲稿第八页,共七十八页4-2 4-2 磁场的主要物理量磁场的主要物理量本讲稿第九页,共七十八页导线方向与磁场方向保持垂直,经导线通电,可以导线方向与磁场方向保持垂直,经导线通电,可以看到导线因受力而发生运动。看到导线因受力而发生运动。一、磁感应强度一、磁感应强度本讲稿第十页,共七十八页 先保持导线通电部分的长度不变,改变电流的先保持导线通电部分的长度
4、不变,改变电流的大小,然后保持电流不变,改变导线通电部分的长大小,然后保持电流不变,改变导线通电部分的长度。度。比较两次实验结果发现,通电导线长度一定时,比较两次实验结果发现,通电导线长度一定时,电流越大,导线所受电磁力越大;电流一定时,通电流越大,导线所受电磁力越大;电流一定时,通电导线越长,电磁力也越大。电导线越长,电磁力也越大。本讲稿第十一页,共七十八页在磁场中,垂直于磁场方向的通电导线,所受电磁力F与电流I和导线长度l的乘积IL的比值称为该处的磁感应强度磁感应强度,用B表示,即磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,用符号T表示。本讲稿第十二页,共七十八页 磁感应强度是个磁感应强度是个矢量,
5、它的方向就是该点的磁场的,它的方向就是该点的磁场的方向。方向。磁感线的疏密程度可以大致反映磁感应强度的大小。磁感线的疏密程度可以大致反映磁感应强度的大小。在同一个磁场的磁感线分布图上,磁感线越密的地方,在同一个磁场的磁感线分布图上,磁感线越密的地方,磁感应强度越大,磁场越强。磁感应强度越大,磁场越强。本讲稿第十三页,共七十八页二、磁通二、磁通 设在磁感应强度为B B的均匀磁场中,有一个与磁场方向垂直的平面,面积为S,我们把B与与S S的乘的乘积,定义为穿过这个面积的积,定义为穿过这个面积的磁通量磁通量磁通量磁通量,简称,简称磁通。用 表示磁通,则有 =BSBS 磁通的单位是韦伯,简称韦,用Wb
6、Wb表示。本讲稿第十四页,共七十八页 如果磁场不与所讨论的平面垂直,则应以这个平面在垂直于磁场B B的方向的投影面积S S与与B B的乘积来的乘积来表示磁通。表示磁通。本讲稿第十五页,共七十八页当面积一定时,如果通过该面积的磁感线越多,则磁通越大,磁感越强。从=BS,可得 这表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通,所以磁感应强度又称磁通密度磁通密度,并且用Wb/m2作单位。本讲稿第十六页,共七十八页三、磁导率三、磁导率 不同的媒介质对磁场的影响不同,影响的程度不同的媒介质对磁场的影响不同,影响的程度与媒介质的导磁性能有关。与媒介质的导磁性能有关。磁导率是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量,用 表
7、示,其单位为H/mH/m。由实验测得真空中的磁导率 0 0=410=410-7H/m,为一常数。,为一常数。本讲稿第十七页,共七十八页 自然界大多数物质对磁场的影响甚微,只有少数物质对磁场有明显的影响。任一物质的磁导率与真空的磁导率的比值称作相对磁导率,用 r r 表示,即:表示,即:相对磁导率只是一个比值。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。本讲稿第十八页,共七十八页根据相对磁导率的大小,可把物质分为三类:根据相对磁导率的大小,可把物质分为三类:顺磁物质顺磁物质顺磁物质顺磁物质 相对磁导率稍大于相对磁导率稍大于1 1。如空气、铝、铬、铂等。反磁物质反
8、磁物质 相对磁导率稍小于相对磁导率稍小于1。如氢、铜等。如氢、铜等。铁磁物质铁磁物质铁磁物质铁磁物质 相对磁导率远大于相对磁导率远大于1 1,其可达几百甚至数万以上,且不是一个常数。如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。本讲稿第十九页,共七十八页四、磁场强度四、磁场强度 在真空中,通电线圈磁感应强度的大小与线圈的匝数、线圈长度及电流强度有关式中 B0 通电线圈的磁感应强度,T;0真空的磁导率,H/m;N 线圈的匝数;L 线圈的长度,m;I 线圈中的电流,A。本讲稿第二十页,共七十八页 当把圆环线圈从真空中取出,并在其中放入相对磁当把圆环线圈从真空中取出,并在其中放入相对磁导率为导率为 r r
9、的媒介质,则磁感应强度将是真空中的r倍,倍,即:即:磁感应强度与媒介质的磁导率有关。磁感应强度与媒介质的磁导率有关。本讲稿第二十一页,共七十八页该点的磁感应强度该点的磁感应强度B B与媒介质磁导率与媒介质磁导率的比值即为磁的比值即为磁场中某点的场中某点的磁场强度磁场强度,用,用H H表示,即:磁场强度的单位为A/mA/m。将将 带入可得带入可得 本讲稿第二十二页,共七十八页 上式表明,在一定电流值下,同一点的磁场强度不因磁场媒介质的不同而改变。磁场强度也是一个矢量,在均匀媒介质中,它的方向磁场强度也是一个矢量,在均匀媒介质中,它的方向和磁感应强度的方向一致。和磁感应强度的方向一致。本讲稿第二十
10、三页,共七十八页4-3 4-3 磁场对电流的作用磁场对电流的作用本讲稿第二十四页,共七十八页一、磁场对通电直导体的作用一、磁场对通电直导体的作用 通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力电磁力电磁力电磁力,也称也称安培力。通电直导体在磁场内的受力方向可用通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定则左手定则来判来判断。断。动画动画本讲稿第二十五页,共七十八页 把一段通电导线放入磁场中,当电流方向与磁场方向垂直时,电流所受的电磁力最大。利用磁感应强度的表达式B=F/Il,可得电磁力的计算式为F=BIl动画:计算电磁力的大小动画:计算电磁力的大小本讲稿第二十六页,共七十八页 如果电流方向与磁场方向不垂直
11、,而是有一个夹角,这时通电导线的有效长度为lsin。电磁力的计算式变为 F=BIlsin本讲稿第二十七页,共七十八页二、通电平行直导线间的作用二、通电平行直导线间的作用 两条相距较近且相互两条相距较近且相互平行的直导线,当通以相平行的直导线,当通以相同方向的电流时,它们相同方向的电流时,它们相互吸引(左图);当通以互吸引(左图);当通以相反方向的电流时,它们相反方向的电流时,它们相互排斥(右图)。相互排斥(右图)。动画动画本讲稿第二十八页,共七十八页 判断受力时,可以用右手螺旋法则判断每个电流产判断受力时,可以用右手螺旋法则判断每个电流产生的磁场方向,再用左手定则判断另一个电流在这个磁场生的磁
12、场方向,再用左手定则判断另一个电流在这个磁场中所受电磁力的方向。中所受电磁力的方向。发电厂或变电所的母线排就是这种互相平行的载流直发电厂或变电所的母线排就是这种互相平行的载流直导体,为了使母线不致因短路时所产生的巨大电磁力作用导体,为了使母线不致因短路时所产生的巨大电磁力作用而受到破坏,所以每间隔一定间距就安装一个绝缘支柱,而受到破坏,所以每间隔一定间距就安装一个绝缘支柱,以平衡电磁力。以平衡电磁力。本讲稿第二十九页,共七十八页三、磁场对通电线圈的作用三、磁场对通电线圈的作用磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本原理。在均匀磁场中放入一个线圈,当给线圈通入电流时,它就会在电磁力的作用下旋转
13、起来。电刷换向器本讲稿第三十页,共七十八页当线圈平面与磁感线平行时,线圈在当线圈平面与磁感线平行时,线圈在N极一侧的部极一侧的部分所受电磁力向下,在分所受电磁力向下,在S极一侧的部分所受电磁力向上,线圈按顺时针方向转动,这时线圈所产生的转矩最大。当线圈平面与磁感线垂直时,电磁转矩为零,但线圈仍靠惯性继续转动。通过换向器的作用,与电源负极相连的电刷A始终与转到NN极一侧的导线相连,电流方极一侧的导线相连,电流方向恒为由向恒为由A流出线圈;与电源正极相连的电刷B B始终与转到S极一侧的导线相连,电流方向恒为由极一侧的导线相连,电流方向恒为由B B流入线圈。因此,线圈始终能按顺时针方向连续旋转。本讲
14、稿第三十一页,共七十八页4-4 4-4 铁磁物质铁磁物质本讲稿第三十二页,共七十八页一、铁磁物质的磁化一、铁磁物质的磁化 使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化磁化磁化磁化。只有铁磁性物质才能被磁化,而非铁磁性物质是不只有铁磁性物质才能被磁化,而非铁磁性物质是不能被磁化的。这是因为铁磁物质可以看作是由许多被称能被磁化的。这是因为铁磁物质可以看作是由许多被称为为磁畴磁畴磁畴磁畴的小磁体所组成。本讲稿第三十三页,共七十八页 在无外磁场作用时,磁畴排列杂乱无章,磁性互相抵消,对外不显磁性;但在外磁场作用下,磁畴就会沿着外磁场方向变成整齐有序的排列,所以整体也
15、就具有了磁性。本讲稿第三十四页,共七十八页二、磁化曲线二、磁化曲线 当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时,铁当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时,铁磁物质的磁物质的B B随随H变化的规律可用变化的规律可用B BHH曲线来表示,称曲线来表示,称为为磁化曲线磁化曲线。本讲稿第三十五页,共七十八页 曲线曲线oaoa段较为陡峭,B B随H近似成正比增加。b点以后的部分近似平坦,表明即使再增大线圈中的电流I以增大H,B也已近似不变了,铁心磁化到这也已近似不变了,铁心磁化到这种程度称为种程度称为磁饱和磁饱和。a a点到b点是一段弯曲的部分,称为曲线的膝部。这一段是从未饱和到饱和的逐步过渡。本讲稿第三十
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