磁场和磁路精选文档.ppt

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1、磁场和磁路本讲稿第一页，共六十页教学重点教学重点1了了解解直直线线电电流流、环环形形电电流流以以及及螺螺线线管管电电流流的的磁磁场场，会会用用右右手手定定则判断其磁场的方向。则判断其磁场的方向。2理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。3了解匀强磁场的性质及有关计算。了解匀强磁场的性质及有关计算。4掌掌握握磁磁场场对对电电流流作作用用力力的的有有关关计计算算及及方方向向的的判判断断，了了解解磁磁场场对对通通电电线线圈的作用。圈的作用。5了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。6了解磁动势和磁阻的概念

2、。了解磁动势和磁阻的概念。本讲稿第二页，共六十页掌握磁路中的欧姆定律。掌握磁路中的欧姆定律。序号序号 内内 容容学时学时1 第一节电流的磁效应第一节电流的磁效应 12 第二节磁场的主要物理量第二节磁场的主要物理量 13 第三节磁场对电流的作用力第三节磁场对电流的作用力 14 第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化 15 第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 16 本章小结本章小结 17 本章总学时本章总学时 6学时分配学时分配教学难点教学难点本讲稿第三页，共六十页第五章磁场和磁路第五章磁场和磁路第一节电流的磁效应第一节电流的磁效应第二节第二节 磁场的主要物理量磁场的主要物理量第三

3、节第三节 磁场对电流的作用力磁场对电流的作用力第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 本章小结本章小结 本讲稿第四页，共六十页第一节第一节 电流的磁效应电流的磁效应一、磁场一、磁场二、磁感线二、磁感线三、电流的磁场三、电流的磁场本讲稿第五页，共六十页1磁磁场场：磁磁体体周周围围存存在在的的一一种种特特殊殊的的物物质质叫叫磁磁场场。磁磁体体间间的的相相互互作作用用力力是是通通过过磁磁场场传传送送的的。磁磁体体间间的的相相互互作作用用力力称称为为磁磁场场力力，同同名名磁磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。极相互排斥，异名磁极相互吸引。2磁场的性质磁场的

4、性质：磁场具有磁场具有力的性质和能量性质力的性质和能量性质。3磁磁场场方方向向：在在磁磁场场中中某某点点放放一一个个可可自自由由转转动动的的小小磁磁针针，它它N极极所指的方向即为该点的磁场方向。所指的方向即为该点的磁场方向。一、磁场一、磁场本讲稿第六页，共六十页二、磁感线二、磁感线1磁感线磁感线在在磁磁场场中中画画一一系系列列曲曲线线，使使曲曲线线上上每每一一点点的的切切线线方方向向都都与与该该点点的的磁磁场场方向相同，这些曲线称为方向相同，这些曲线称为磁感线磁感线。如图。如图 5-1 所示。所示。图图 5-1磁感线磁感线 本讲稿第七页，共六十页2特点特点(1)磁感线的切线方向表示磁场方向，其

5、疏密程度表示磁场的强弱。磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。(2)磁磁感感线线是是闭闭合合曲曲线线，在在磁磁体体外外部部，磁磁感感线线由由 N 极极出出来来，绕绕到到 S 极；在磁体内部，磁感线的方向由极；在磁体内部，磁感线的方向由 S 极指向极指向 N 极极。(3)任意两条磁感线不相交。任意两条磁感线不相交。说说明明：磁磁感感线线是是为为研研究究问问题题方方便便人人为为引入的假想曲线，实际上并不存在。引入的假想曲线，实际上并不存在。图图 5-2 所所示示为为条条形形磁磁铁铁的的磁磁感感线线的的形状。形状。图图 5-2条形磁铁的磁感线条形磁铁的磁感线本讲稿第八页，共六十页3

6、匀强磁场匀强磁场在在磁磁场场中中某某一一区区域域，若若磁磁场场的的大大小小、方方向向都都相相同同，这这部部分分磁磁场场称称为为匀匀强强磁磁场场。匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感线线是是一一系系列列疏疏密密均均匀匀、相相互互平平行的直线。行的直线。本讲稿第九页，共六十页直直线线电电流流所所产产生生的的磁磁场场方方向向可可用用安安培培定定则则来来判判定定，方方法法是是：用用右右手手握握住住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。动画动画 M5-1直线电流的磁场直线电流的磁场1电流的磁场电流的磁场 三、电流的磁场三、电流

7、的磁场本讲稿第十页，共六十页动画动画 M5-2环行电流的磁场环行电流的磁场环环形形电电流流的的磁磁场场方方向向也也可可用用安安培培定定则则来来判判定定，方方法法是是：用用让让右右手手弯弯曲曲的的四四指指和和环环形形电电流流方方向向一一致致，伸伸直直的的拇拇指指所所指指的的方方向向就就是是导导线线环环中心轴线上的磁感线方向。中心轴线上的磁感线方向。本讲稿第十一页，共六十页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安安培培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。电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线

8、方向。动画动画 M5-3螺线管电流磁场螺线管电流磁场 2电流的磁效应电流的磁效应电电流流的的周周围围存存在在磁磁场场的的现现象象称称为为电电流流的的磁磁效效应应。电电流流的的磁磁效效应应揭揭示示了了磁现象的电本质。磁现象的电本质。本讲稿第十二页，共六十页第二节第二节 磁场的主要物理量磁场的主要物理量一、磁感应强度一、磁感应强度二、磁通二、磁通三、磁导率三、磁导率四、磁场强度四、磁场强度本讲稿第十三页，共六十页一、磁感应强度一、磁感应强度动画动画 M5-4 磁感应强度磁感应强度 磁磁场场中中垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的通通电电直直导导线线所所受受的的磁磁场场力力F 与与电电流流 I 和和导线

9、长度导线长度 l 的乘积的乘积 Il 的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度 B。即。即本讲稿第十四页，共六十页磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁磁感感应应强强度度是是一一个个矢矢量量，它它的的方方向向即即为为该该点点的的磁磁场场方方向向。在在国国际际单位制中，磁感应强度的单位是：特斯拉单位制中，磁感应强度的单位是：特斯拉(T)。用用磁磁感感线线可可形形象象地地描描述述磁磁感感应应强强度度 B 的的大大小小，B 较较大大的的地地方方，磁磁场场较较强强，磁磁感感线线较较密密；B 较较小小的的地地方方，磁磁场场较

10、较弱弱，磁磁感感线线较较稀稀；磁磁感感线线的的切切线线方向即为该点磁感应强度方向即为该点磁感应强度 B 的方向。的方向。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。本讲稿第十五页，共六十页二、磁通二、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 的平面，则的平面，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

11、应强强度度 B 也也常常叫做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本讲稿第十六页，共六十页三、磁导率三、磁导率1磁导率磁导率 磁磁场场中中各各点点的的磁磁感感应应强强度度 B 的的大大小小不不仅仅与与产产生生磁磁场场的的电电流流和和导导体体有有关关，还还与与磁磁场场内内媒媒介介质质(又又叫叫做做磁磁介介质质)的的导导磁磁性性质质有有关关。在在磁磁场场中中放放入入磁磁介介质质时时，介介质质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

12、响响程程度度取取决决于于它它本身的导磁性能。本身的导磁性能。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，磁感应强度磁感应强度 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，用真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示表示 0=4 10 7 H/m本讲稿第十七页，共六十页2相对磁导率相对磁导率 r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

13、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 表示，即表示，即本讲稿第十八页，共六十页 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)顺顺磁磁性性物物质质：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顺磁磁性性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度物质。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)反反磁磁性性物物质质：r 略略小小于于 1，如如氢氢、铜铜、石石墨墨、银银、锌锌等

14、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，磁磁感感应强度应强度 B 略略有减小。有减小。(3)铁铁磁磁性性物物质质：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。本讲稿第十九页，共六十页表表 5-1 列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。表表 5-1几种常用铁磁性物质的相对磁导性几种常用铁磁性物质

15、的相对磁导性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174已已经经退火的退火的铁铁7 000未未经经退火退火的的铸铁铸铁240变压变压器器钢钢片片7 500已已经经退火退火的的铸铁铸铁620在真空中融化的在真空中融化的电电解解铁铁12 950镍镍1 120镍铁镍铁合金合金60 000软钢软钢2 180“C”型坡莫合金型坡莫合金115 000本讲稿第二十页，共六十页四、磁场强度四、磁场强度在在各各向向同同性性的的媒媒介介质质中中，某某点点的的磁磁感感应应强强度度 B 与与磁磁导导率率 之之比比称称为该点的为该点的磁场强度，磁场强度，记做记做 H。即。即 磁磁场场强强度度 H

16、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。本讲稿第二十一页，共六十页第三节第三节 磁场对电流的作用力磁场对电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力二、磁场对通电线圈的作用力矩二、磁场对通电线圈的作用力矩三、电流表工作原理三、电流表工作原理本讲稿第二十二页，共六十页一、磁场对直线电流的作用力一、磁场对直

17、线电流的作用力1.安培力的大小安培力的大小磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为安培力安培力。(1)当当电电流流 I 的的方方向向与与磁磁感感应应强强度度 B 垂垂直直时时，导导线线受受安安培培力力最最大大，根据磁感应强度根据磁感应强度可得可得(2)当电流当电流 I 的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度 B 平行时，导线不受安培力作用。平行时，导线不受安培力作用。本讲稿第二十三页，共六十页(3)如如图图 5-3 所所示示，当当电电流流 I 的的方方向向与与磁磁感感应应强强度度 B 之之间间有有一一定定夹夹角角时时，可可将将 B 分解为两

18、个互相垂直的分量：分解为两个互相垂直的分量：一一个个与与电电流流 I 平平行行的的分分量量，B1=Bcos；另另一一个个与与电电流流 I 垂垂直直的的分分量量，B2=Bsin。B1 对对电电流流没没有有力力的的作作用用，磁磁场场对对电电流流的的作作用用力力是是由由 B2 产产生生的的。因此，磁场对直线电流的作用力为因此，磁场对直线电流的作用力为当当 =90 时，安培力时，安培力 F 最大；当最大；当 =0 时，安培力时，安培力 F=0。图图 5-3磁场对直线电流的作用力磁场对直线电流的作用力本讲稿第二十四页，共六十页2单位单位 公公式式中中各各物物理理量量的的单单位位均均采采用用用用国国际际单

19、单位位制制：安安培培力力 F的的单单位位用用牛牛顿顿(N)；电电流流I的的单单位位用用安安培培(A)；长长度度l的的单单位位用用米米(m)；磁磁感感应应强强度度 B 的的单位用特斯拉单位用特斯拉(T)。3左手定则左手定则 安安培培力力 F 的的方方向向可可用用左左手手定定则则判判断断：伸伸出出左左手手，使使拇拇指指跟跟其其他他四四指指垂垂直直，并并都都跟跟手手掌掌在在一一个个平平面面内内，让让磁磁感感线线穿穿入入手手心心，四四指指指指向向电电流流方向，大拇指所指的方向即为通电直导线在磁场中所受安培力的方向。方向，大拇指所指的方向即为通电直导线在磁场中所受安培力的方向。由左手定则可知：由左手定则

20、可知：F B，F I，即，即F垂直于垂直于 B、I 所决定的平面。所决定的平面。本讲稿第二十五页，共六十页二、磁场对通电线圈的作用力矩二、磁场对通电线圈的作用力矩 将一矩形线圈将一矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，如图放在匀强磁场中，如图 5-4 所示所示图图 5-4磁场对通电矩形线圈的作用力矩磁场对通电矩形线圈的作用力矩 线线圈圈的的顶顶边边 ad 和和底底边边 bc 所所受受的的磁磁场场力力 Fad、Fbc 大大小小相相等等，方方向向相相反反，在在一一条条直直线线上上，彼彼此此平平衡衡；而而作作用用在在线线圈圈两两个个侧侧边边 ab 和和 cd 上上的的磁磁场场力力 Fab、Fcd 虽虽

21、然然大大小小相相等等，方方向向相相反反，但但不不在在一一条条直直线线上上，产产生生了了力力矩矩，称为称为磁力矩磁力矩。本讲稿第二十六页，共六十页当当线线圈圈平平面面与与磁磁感感线线平平行行时时，力力臂臂最大，线圈受磁力矩最大；最大，线圈受磁力矩最大；当当线线圈圈平平面面与与磁磁感感线线垂垂直直时时，力臂为零，线圈受磁力矩也为零。力臂为零，线圈受磁力矩也为零。电流表就是根据上述原理工作的。电流表就是根据上述原理工作的。这这个个力力矩矩使使线线圈圈绕绕 OO 转转动动，转转动动过过程程中中，随随着着线线圈圈平平面面与与磁磁感感线线之之间夹角的改变，力臂在改变，磁力矩也在改变。间夹角的改变，力臂在改

22、变，磁力矩也在改变。本讲稿第二十七页，共六十页三、电流表工作原理三、电流表工作原理1结构结构电流表的结构如图电流表的结构如图 5-5 所示。所示。在在一一个个很很强强的的蹄蹄形形磁磁铁铁的的两两极极间间有有一一个个固固定定的的圆圆柱柱形形铁铁心心，铁铁心心外外套套有有一一个个可可以以绕绕轴轴转转动动的的铝铝框框，铝铝框框上上绕绕有有线线圈圈，铝铝框框的的转转轴轴上上装装有有两两个个螺螺旋旋弹弹簧簧和和一一个个指指针针，线线圈圈两两端端分分别别接接在在这这两两个个螺螺旋旋弹弹簧簧上上，被被测测电电流流就就是经过这两个弹簧流入线圈的。是经过这两个弹簧流入线圈的。图图 5-5电流表的结构电流表的结构

23、本讲稿第二十八页，共六十页2工作原理工作原理如如图图 5-6 所所示示，蹄蹄形形磁磁铁铁和和铁铁心心间间的的磁磁场场是是均均匀匀地地辐辐向向分分布布，这这样样，不不论论通通电电线线圈圈转转到到什什么么方方向向，它它的的平平面面都都跟跟磁磁感感线线平平行行。因因此此，线线圈圈受受到到的偏转磁力矩的偏转磁力矩 M1 就不随偏角而改变。就不随偏角而改变。通通电电线线圈圈所所受受的的的的磁磁力力矩矩 M1 的的大小与电流大小与电流 I 成正比，即成正比，即 M1=k1I式中式中 k1 为比例系数。为比例系数。图图 5-6磁电式电表的磁场磁电式电表的磁场 本讲稿第二十九页，共六十页线线圈圈偏偏转转使使弹

24、弹簧簧扭扭紧紧或或扭扭松松，于于是是弹弹簧簧产产生生一一个个阻阻碍碍线线圈圈偏偏转转的的力力矩矩 M2，线线圈圈偏偏转转的的角角度度越越大大，弹弹簧簧的的力力矩矩也也越越大大，M2 与与偏偏转转角角 成成正正比，即比，即 M2=k2 (式中式中 k2 为比例系数为比例系数)当当 M1、M2 平平衡衡时时，线线圈圈就就停停在在某某一一偏偏角角上上，固固定定在在转转轴轴上上的的指指针针也也转转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。比较上述两个力矩，因为比较上述两个力矩，因为 M1=M2，所以，所以 k1I=k2 ，即，即即即测测量量时时偏偏转转角角度度 与与所所测

25、测量量的的电电流流成成正正比比。这这就就是是电电流流表表的的工工作作原原理理。这种利用永久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的仪表称为这种利用永久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的仪表称为磁电式仪表磁电式仪表。本讲稿第三十页，共六十页3磁电式仪表的特点磁电式仪表的特点(1)刻度均匀，灵敏度高，准确度高。刻度均匀，灵敏度高，准确度高。(2)负载能力差，价格较昂贵。负载能力差，价格较昂贵。(3)给给电电流流表表串串联联一一个个阻阻值值很很大大的的分分压压电电阻阻，就就可可改改装装成成量量程程较较大大的的电电压压表表；并并联联一一个个阻阻值值很很小小的的分分流流电电阻阻，就就可可改改装装成成量量程

26、程较较大大的的电电流流表表；欧姆表也是由电流表改装的。欧姆表也是由电流表改装的。本讲稿第三十一页，共六十页第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化二、磁化曲线二、磁化曲线三、磁滞回线三、磁滞回线本讲稿第三十二页，共六十页一、铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化1磁化磁化本本来来不不具具备备磁磁性性的的物物质质，由由于于受受磁磁场场的的作作用用而而具具有有了了磁磁性性的的现现象象称称为为该该物物质质被被磁化磁化。只有。只有铁磁性物质铁磁性物质才能被磁化。才能被磁化。2被磁化的原因被磁化的原因(1)内内因因：铁铁磁磁性性物物质质是是由由许许多多被被称称

27、为为磁磁畴畴的的磁磁性性小小区区域域组组成成的的，每每一一个磁畴相当于一个小磁铁。个磁畴相当于一个小磁铁。(2)外因：有外磁场的作用。外因：有外磁场的作用。本讲稿第三十三页，共六十页如如图图 5-7(a)所所示示，当当无无外外磁磁场场作作用用时时，磁磁畴畴排排列列杂杂乱乱无无章章，磁磁性性相相互互抵消，对外不显磁性；抵消，对外不显磁性；如如图图 5-7(b)所所示示，当当有有外外磁磁场场作作用用时时，磁磁畴畴将将沿沿着着磁磁场场方方向向作作取取向向排排列，形成列，形成附加磁场附加磁场，使磁场显著加强。，使磁场显著加强。有有些些铁铁磁磁性性物物质质在在撤撤去去磁磁场场后后，磁磁畴畴的的一一部部分

28、分或或大大部部分分仍仍然然保保持持取取向向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。图图 5-7铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化 不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。铁铁磁磁性性物物质质被被磁磁化化的的性性能能，被被广广泛泛地地应应用用于于电电子子和和电电气气设设备备中中，如如变变压压器器、继继电电器器、电电机等。机等。本讲稿第三十四页，共六十页二、磁化曲线二、磁化曲线1磁化曲线的定义磁化曲线的定义磁磁化化曲曲线线是是用用来来描描述述铁铁磁磁性性物物质质的的磁磁化化特特性性的的。铁铁磁磁性性物物质质的的磁磁感感应应强强度度 B

29、随磁场强度随磁场强度 H 变化的曲线，称为磁化曲线，也叫变化的曲线，称为磁化曲线，也叫 BH 曲线。曲线。动画动画 M5-5磁化曲线磁化曲线本讲稿第三十五页，共六十页2磁化曲线的测定磁化曲线的测定图图 5-8 中中，(a)是是测测量量磁磁化化曲曲线线装装置置的的示示意意图图，(b)是是根根据据测测量量值值 做做 出出 的的 磁磁 化化 曲曲 线线。由由 图图 5-8(b)可可 以以 看看 出出，B 与与 H 的的关系是非线性的，即不是常数。关系是非线性的，即不是常数。图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定本讲稿第三十六页，共六十页3分析分析(1)0 1 段段：曲曲线线上上升升缓缓慢慢，这这

30、是是由由于于磁磁畴畴的的惯惯性性，当当 H 从从零零开开始始增增加时，加时，B 增加缓慢，称为增加缓慢，称为起始磁化段起始磁化段。(2)1 2 段段：随随着着 H 的的增增大大，B 几几乎乎直直线线上上升升，这这是是由由于于磁磁畴畴在在外外磁磁场场作用下，大部分都趋向作用下，大部分都趋向 H 方向，方向，B 增加很快，曲线很陡，称为增加很快，曲线很陡，称为直线段直线段。图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定本讲稿第三十七页，共六十页(3)2 3 段段：随随着着 H 的的增增加加，B 的的上上升升又又缓缓慢慢了了，这这是是由由于于大大部部分分磁磁畴畴方向已转向方向已转向 H 方向，随着方向，

31、随着 H 的增加只有少数磁畴继续转向，的增加只有少数磁畴继续转向，B 增加变慢。增加变慢。(4)3 点点以以后后：到到达达 3 点点以以后后，磁磁畴畴几几乎乎全全部部转转到到了了外外磁磁场场方方向向，再再增增大大 H 值值，B 也也几几乎乎不不再再增增加加，曲曲线线变变得得平平坦坦，称称为为饱饱和和段段，此此时时的的磁磁感感应强度叫应强度叫饱和磁感应强度饱和磁感应强度。图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定本讲稿第三十八页，共六十页图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定 不不同同的的铁铁磁磁性性物物质质，B 的的饱饱和和值值不不同同，对对同同一一种种材材料料，B的的饱饱和和值值是是一一

32、定的。定的。电机和变压器，通常工作在曲线的电机和变压器，通常工作在曲线的 2 3 段，即接近饱和的地方。段，即接近饱和的地方。本讲稿第三十九页，共六十页4磁化曲线的意义磁化曲线的意义在在磁磁化化曲曲线线中中，已已知知 H 值值就就可可查查出出对对应应的的 B 值值。因因此此，在在计计算算介介质质中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。图图 5-9 给给出出了了几几种种不不同同铁铁磁磁性性物物质质的的磁磁化化曲曲线线，从从曲曲线线上上可可看看出出，在在相相同同的的磁磁场场强强度度 H 下下，硅硅钢钢片片的的 B 值值最最大大，铸铸铁铁的的 B 值值

33、最最小小，说说明明硅硅钢钢片片的的导导磁磁性能比铸铁要好得多。性能比铸铁要好得多。图图 5-9几种铁磁性物质的磁化曲线几种铁磁性物质的磁化曲线本讲稿第四十页，共六十页磁磁化化曲曲线线只只反反映映了了铁铁磁磁性性物物质质在在外外磁磁场场由由零零逐逐渐渐增增强强的的磁磁化化过过程程，而而很很多多实实际际应应用用中中，铁铁磁磁性性物物质质是是工工作作在在交交变变磁磁场场中中的的。所所以以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。1磁滞回线的测定磁滞回线的测定 三、磁滞回线三、磁滞回线动画动画 M5-6磁滞回线磁滞回线本讲稿第四十一页，共六十页2分析分析图图 5-1

34、0 为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。(1)当当 B 随随 H 沿沿起起始始磁磁化化曲曲线线达达到到饱饱和和值值以以后后，逐逐渐渐减减小小H 的的数数值值，由由图图可可看看出出，B 并并不不沿沿起起始始磁磁化化曲曲线线减减小小，而而是是沿沿另另一一条条在在它它上上面面的的曲曲线线 ab 下降。下降。(2)当当 H 减减小小到到零零时时，B 0，而而是是保保留留一一定定的的值值称称为为剩剩磁磁，用用 Br 表表示示。永永久久性性磁磁铁铁就就是是利利用用剩剩磁磁很很大大的铁磁性物质制成的。的铁磁性物质制成的。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 本讲稿第

35、四十二页，共六十页(3)为为消消除除剩剩磁磁，必必须须加加反反向向磁磁场场，随随着着反反向向磁磁场场的的增增强强，铁铁磁磁性性物物质质逐逐渐渐退磁退磁，当反向磁场增大到一定值时，当反向磁场增大到一定值时，B 值变为值变为 0，剩磁完全消失，如图，剩磁完全消失，如图 bc 段。段。bc 段段曲曲线线叫叫退退磁磁曲曲线线，这这时时 H 值值是是为为克克服服剩剩磁磁所所加加的的磁磁场场强强度度，称称为为矫矫顽顽磁磁力力，用用 HC 表表示示。矫矫顽顽磁磁力力的的大大小小反反映映了了铁铁磁磁性性物物质质保保存存剩剩磁磁的能力。的能力。(4)当当反反向向磁磁场场继继续续增增大大时时，B 值值从从 0 起

36、起改改变变方方向向，沿沿曲曲线线 cd 变变化，并能达到反向饱和点化，并能达到反向饱和点 d。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 本讲稿第四十三页，共六十页(5)使反向磁场减弱到使反向磁场减弱到 0，BH 曲线沿曲线沿 de 变化，在变化，在 e 点点 H=0，再再逐逐渐渐增增大大正正向向磁磁场场，BH 曲曲线线沿沿 efa 变变化化，完完成成一一个个循环。循环。(6)从从整整个个过过程程看看，B 的的变变化化总总是是落落后后于于 H 的的变变化化，这这种种现现象象称称为为磁磁滞滞现现象象。经经过过多多次次循循环环，可可得得到到一一个个封封闭闭的的对对称称于于原原点点的的闭闭合合曲曲线线(abcd

37、efa)，称称为为磁磁滞滞回线回线。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 本讲稿第四十四页，共六十页(7)改改变变交交变变磁磁场场强强度度 H 的的幅幅值值，可可相相应应得得到到一一系系列列大大小小不不一一的的磁磁滞滞回回线线，如如图图 5-11 所所示示。连连接接各各条条对对称称的的磁磁滞滞回回线线的的顶顶点点，得得到到一一条条磁磁化化曲曲线线，叫叫基基本本磁化曲线。磁化曲线。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 图图 5-11基本磁化曲线基本磁化曲线本讲稿第四十五页，共六十页3磁滞损耗磁滞损耗 铁铁磁磁性性物物质质在在交交变变磁磁化化时时，磁磁畴畴要要来来回回翻翻转转，在在这这个个过过程程中中，产产生

38、生了了能能量量损损耗耗，称称为为磁磁滞滞损损耗耗。磁磁滞滞回回线线包包围围的的面面积积越越大大，磁磁滞滞损损耗耗就就越越大大，所所以以剩剩磁磁和和矫矫顽顽磁磁力力越越大大的的铁铁磁磁性性物物质质，磁磁滞滞损损耗耗就就越越大大。因因此此，磁磁滞滞回回线线的的形形状状常常被被用用来来判判断断铁铁磁磁性性物物质质的的性性质质和和作作为为选择材料的依据。选择材料的依据。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 图图 5-11基本磁化曲线基本磁化曲线本讲稿第四十六页，共六十页第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 一、磁路一、磁路二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律本讲稿第四十七页，共六十页一、磁路一、磁路1

39、主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通如如图图 5-12 所所示示，当当线线圈圈中中通通以以电电流流后后，大大部部分分磁磁感感线线沿沿铁铁心心、衔衔铁铁和和工工作作气气隙隙构构成成回回路路，这这部部分分磁磁通通称称为为主主磁磁通通；还还有有一一部部分分磁磁通通，没没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分磁通称为漏磁通漏磁通。图图 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 本讲稿第四十八页，共六十页2磁路磁路磁磁通通经经过过的的闭闭合合路路径径叫叫磁磁路路。磁磁路路和和电电路路一一样样，分分为为有有分分支支磁磁路路和和无分支磁路无分支磁路两种类型两种类

40、型。图图 5-12 给给出出了了无无分分支支磁磁路路，图图 5-13 给给出出了了有有分分支支磁磁路路。在在无无分分支支磁磁路路中中，通过每一个横截面的磁通都相等。通过每一个横截面的磁通都相等。图图 5-13有分支磁路有分支磁路 图图 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 本讲稿第四十九页，共六十页二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律1磁动势磁动势通通电电线线圈圈产产生生的的磁磁通通 与与线线圈圈的的匝匝数数 N 和和线线圈圈中中所所通通过过的的电电流流 I 的乘积成正比。的乘积成正比。把通过线圈的电流把通过线圈的电流 I 与线圈匝数与线圈匝数 N 的乘积，称为的乘积，称为磁动势磁动势，也叫也

41、叫磁通势磁通势，即，即 Em=NI磁动势磁动势 Em 的单位是安培的单位是安培(A)。本讲稿第五十页，共六十页2磁阻磁阻磁磁阻阻就就是是磁磁通通通通过过磁磁路路时时所所受受到到的的阻阻碍碍作作用用，用用 Rm 表表示示。磁磁路路中中磁磁阻阻的的大大小小与与磁磁路路的的长长度度 l 成成正正比比，与与磁磁路路的的横横截截面面积积 S 成成反反比比，并并与与组组成磁路的材料性质有关。因此有成磁路的材料性质有关。因此有式式中中，为为磁磁导导率率，单单位位 H/m；长长度度 l 和和截截面面积积 S 的的单单位位分分别别为为 m 和和 m2。因因此此，磁磁阻阻 Rm 的的单单位位为为 1/亨亨(H 1

42、)。由由于于磁磁导导率率 不不是是常数，所以常数，所以 Rm 也不是常数。也不是常数。本讲稿第五十一页，共六十页3磁路欧姆定律磁路欧姆定律(1)磁路欧姆定律磁路欧姆定律通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比，即通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比，即上上式式与与电电路路的的欧欧姆姆定定律律相相似似，磁磁通通 对对应应于于电电流流 I，磁磁动动势势 Em 对对应应于电动势于电动势 E，磁阻，磁阻 Rm 对应于电阻对应于电阻 R。因此，这一关系称为。因此，这一关系称为磁路欧姆定律磁路欧姆定律。(2)磁路与电路的对应关系磁路与电路的对应关系磁磁路路中中的的某某些些物物理理量量与与电电路路中

43、中的的某某些些物物理理量量有有对对应应关关系系，同同时时磁磁路路中中某某些些物物理量之间与电路中某些物理量之间也有相似的关系。理量之间与电路中某些物理量之间也有相似的关系。本讲稿第五十二页，共六十页图图 5-14 是相对应的两种电路和磁路。是相对应的两种电路和磁路。图图 5-14对应的电路和磁路对应的电路和磁路 本讲稿第五十三页，共六十页表表 5-2 列出了电路与磁路对应的物理量及其关系式。列出了电路与磁路对应的物理量及其关系式。表表 5-2磁路和电路中对应的物理量及其关系式磁路和电路中对应的物理量及其关系式 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

44、势电动势E磁磁动势动势EI N电电路欧姆定律路欧姆定律I=E/R磁路欧姆定律磁路欧姆定律 =E/R本讲稿第五十四页，共六十页本章小结本章小结一、磁场一、磁场二、电流的磁效应二、电流的磁效应三、描述磁场的物理量三、描述磁场的物理量四、磁场对电流的作用力四、磁场对电流的作用力五、铁磁性物质的磁化五、铁磁性物质的磁化六、磁路六、磁路本讲稿第五十五页，共六十页一、磁场一、磁场1磁磁场场是是磁磁体体周周围围存存在在的的一一种种特特殊殊物物质质，磁磁体体通通过过磁磁场场发发生生相相互互作用。作用。2磁磁场场的的大大小小和和方方向向可可用用磁磁感感线线来来形形象象的的描描述述：磁磁感感线线的的疏疏密密表表示

45、示磁磁场场的的强弱，磁感线的切线方向表示磁场的方向。强弱，磁感线的切线方向表示磁场的方向。二、电流的磁效应二、电流的磁效应1通通电电导导线线周周围围存存在在着着磁磁场场，说说明明电电可可以以产产生生磁磁，由由电电产产生生磁磁的的现现象象称称为为电流的磁效应。电流具有磁效应说明磁现象具有电本质。电流的磁效应。电流具有磁效应说明磁现象具有电本质。2电电流流产产生生的的磁磁场场方方向向与与电电流流的的方方向向有有关关，可可用用安安培培定定则则，即即右右手手螺螺旋旋定定则来判断。则来判断。本讲稿第五十六页，共六十页三、描述磁场的物理量三、描述磁场的物理量 1磁感应强度磁感应强度 BB 是是描描述述磁磁

46、场场强强弱弱和和磁磁场场方方向向的的物物理理量量，它它描描述述了了磁磁场场的的力力效效应应。当当通通电电直导线与磁场垂直时，通过观察导线受力可知导线所在处的磁感应强度直导线与磁场垂直时，通过观察导线受力可知导线所在处的磁感应强度2磁通磁通匀匀强强磁磁场场中中，穿穿过过与与磁磁感感线线垂垂直直的的某某一一截截面面的的磁磁感感线线的的条条数数，叫叫穿穿过这个面的磁通，过这个面的磁通，=BS。本讲稿第五十七页，共六十页3磁导率磁导率磁磁导导率率是是描描述述媒媒介介质质导导磁磁性性能能的的物物理理量量。某某一一媒媒介介质质的的磁磁导导率率与与真空磁导率之比，叫这种介质的相对磁导率真空磁导率之比，叫这种

47、介质的相对磁导率 0=4 10 7 H/m4磁场强度磁场强度磁感应强度磁感应强度 B 与磁导率与磁导率 之比称为该点的磁场强度之比称为该点的磁场强度本讲稿第五十八页，共六十页四、磁场对电流的作用力四、磁场对电流的作用力1磁磁场场对对放放置置于于其其中中的的直直线线电电流流有有力力的的作作用用，其其大大小小为为F=BIl sin，方方向可用左手定则判断。向可用左手定则判断。2通电线圈放在磁场中将受到磁力矩的作用。通电线圈放在磁场中将受到磁力矩的作用。五、铁磁性物质的磁化五、铁磁性物质的磁化1铁铁磁磁性性物物质质都都能能够够磁磁化化。铁铁磁磁性性物物质质在在反反复复磁磁化化过过程程中中，有有饱饱和

48、和、剩磁、磁滞现象，并且有磁滞损耗。剩磁、磁滞现象，并且有磁滞损耗。2铁铁磁磁性性物物质质的的 B 随随 H 而而变变化化的的曲曲线线称称为为磁磁化化曲曲线线，它它表表示示了了铁铁磁磁性性物物质的磁性能。磁滞回线常用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。质的磁性能。磁滞回线常用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。本讲稿第五十九页，共六十页六、磁路六、磁路1.磁磁通通经经过过的的闭闭合合路路径径称称为为磁磁路路。磁磁路路中中的的磁磁通通、磁磁动动势势和和磁磁阻阻的的关关系，可用磁路欧姆定律来表示，即系，可用磁路欧姆定律来表示，即其中，其中，Em=NI 2.由由于于铁铁磁磁性性物物质质的的磁磁导导率率 不不是是常常数数，因因此此磁磁路路欧欧姆姆定定律律一一般般不不能直接用来进行磁路计算，只用于定性分析。能直接用来进行磁路计算，只用于定性分析。本讲稿第六十页，共六十页