工信版2022-2023学年(中职）电工基础 (4).ppt

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1、YCF2022-2023学年(中职）电工基础(4)第四章第四章电和磁电和磁本章导读本章导读第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识第二节第二节电磁感应电磁感应第三节第三节自感和互感自感和互感第四节第四节磁路欧姆定律磁路欧姆定律第五节第五节电磁铁电磁铁第六节第六节电磁的常见物理现象电磁的常见物理现象下一页返回本章导读本章导读电和磁这两类基本物质是相互联系、不可分割的。奥斯特发现了电能电和磁这两类基本物质是相互联系、不可分割的。奥斯特发现了电能转化为磁的电流磁效应，法拉第发现了磁能生电的规律转化为磁的电流磁效应，法拉第发现了磁能生电的规律电磁感应定电磁感应定律，这两大定律是电和磁之间的基本定律。电与磁

2、的基本定律应用广律，这两大定律是电和磁之间的基本定律。电与磁的基本定律应用广泛，很多电气设备如电机、变压器、电磁铁、电工测量仪表以及其他泛，很多电气设备如电机、变压器、电磁铁、电工测量仪表以及其他各种铁磁元件等都涉及电和磁的知识。本章主要介绍基本磁现象及其各种铁磁元件等都涉及电和磁的知识。本章主要介绍基本磁现象及其规律，磁场和磁路的基本概念，电磁感应现象及基本定律等内容。规律，磁场和磁路的基本概念，电磁感应现象及基本定律等内容。返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 指南针是我国的四大发明之一，是世界上最早对磁的应用。早在公元指南针是我国的四大发明之一，是世界上最早对磁的应用。早在公元前前3

3、00年，我国就发现了某种天然矿石能够吸引铁，并把它称为吸铁年，我国就发现了某种天然矿石能够吸引铁，并把它称为吸铁石。能够吸引铁、钻、镍等金属或者它们的合金的性质称为磁性，把石。能够吸引铁、钻、镍等金属或者它们的合金的性质称为磁性，把具有磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体两大类。常具有磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体两大类。常见的人造磁体有条形、蹄形和针形等几种。见的人造磁体有条形、蹄形和针形等几种。下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识一、磁场与磁力线一、磁场与磁力线 磁极是磁体两端磁性最强的区域。任何磁体都有两个磁极，而且不磁极是磁体两端磁性最强的区域。任何

4、磁体都有两个磁极，而且不论怎么把磁体分割总保持两个磁极。用论怎么把磁体分割总保持两个磁极。用S表示磁体的南极，用以表示磁体的南极，用以N表表示磁体的北极。假若磁体可以任意旋转，示磁体的北极。假若磁体可以任意旋转，N极总是指向地球的北极，极总是指向地球的北极，S极总是指向地球的南极。这是因为地球也是一个大磁体，地磁北极极总是指向地球的南极。这是因为地球也是一个大磁体，地磁北极在地球南极附近，地磁南极在地球北极附近。在地球南极附近，地磁南极在地球北极附近。实验证明，磁极是磁体磁性最强的地方。磁极间相互作用的规律是实验证明，磁极是磁体磁性最强的地方。磁极间相互作用的规律是:同性相斥、异性相吸。磁极间

5、的相互作用力叫做磁力。就像电荷周围同性相斥、异性相吸。磁极间的相互作用力叫做磁力。就像电荷周围存在电场一样，磁体周围也存在着磁场。磁场是一种特殊物质，它具存在电场一样，磁体周围也存在着磁场。磁场是一种特殊物质，它具有力和能的特征。磁场和电场同样是有方向的。在磁场中某一点，放有力和能的特征。磁场和电场同样是有方向的。在磁场中某一点，放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N极所指的方向规定为该点极所指的方向规定为该点的磁场方向。为了形象地描述磁场引入磁力线。的磁场方向。为了形象地描述磁场引入磁力线。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识磁力线具有

6、以下几个特征磁力线具有以下几个特征:1.磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，磁力线越疏表示磁场越弱磁力线越疏表示磁场越弱;2.磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向;3.磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向极指向S级，在磁级，在磁体内部由体内部由S极指向极指向N极，如极，如图图4-1所示。所示。二、电流产生的磁场二、电流产生的磁场丹麦物理学家奥斯特在丹麦物理学家奥斯特在1820年发现把磁针放在通电导线周围，磁针

7、会年发现把磁针放在通电导线周围，磁针会发生偏转，如发生偏转，如图图4-2所示。这一实验表明，磁铁并不是产生磁场的唯所示。这一实验表明，磁铁并不是产生磁场的唯一物质，电流能够产生磁场，即电流有磁效应。一物质，电流能够产生磁场，即电流有磁效应。通电直导体周围磁场的强弱与电流强度有关，电流越大，磁场越强。通电直导体周围磁场的强弱与电流强度有关，电流越大，磁场越强。空间某一点磁场强弱与距离导体的远近有关，距离导体越近磁场就越空间某一点磁场强弱与距离导体的远近有关，距离导体越近磁场就越强。强。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 通电直导体的磁力线是一些以导体为圆心的同心圆，并且在与导

8、体垂通电直导体的磁力线是一些以导体为圆心的同心圆，并且在与导体垂直的平面上。实验表明，磁场方向与电流的方向有关，可以用右手螺直的平面上。实验表明，磁场方向与电流的方向有关，可以用右手螺旋定则旋定则(安培定则安培定则)来判定来判定:用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流用右手握住导线，让伸直的大拇指指向电流的方向，则其余四指所环绕的方向就是磁力线的方向。如的方向，则其余四指所环绕的方向就是磁力线的方向。如图图4-3所示。所示。把导线一圈圈地密绕在空心圆筒上制成螺线管，通电后，由于每匝线把导线一圈圈地密绕在空心圆筒上制成螺线管，通电后，由于每匝线圈产生的磁场相互叠加，因而在内部能产生较强的磁场。螺

9、线管的磁圈产生的磁场相互叠加，因而在内部能产生较强的磁场。螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似，一端为场与条形磁铁的磁场相似，一端为N极，另一端为极，另一端为S极。磁力线的方极。磁力线的方向也可以用右手螺旋定则来确定向也可以用右手螺旋定则来确定:用右手握住螺线管，让弯曲的四指与用右手握住螺线管，让弯曲的四指与电流的方向一致，则拇指所指的方向就是螺线管内部磁力线方向电流的方向一致，则拇指所指的方向就是螺线管内部磁力线方向(即大即大拇指指向通电螺线管的拇指指向通电螺线管的N极极)，如，如图图4-4所示。所示。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识三、磁通三、磁通 磁通这一物理量的引入则

10、用来定量地描述在磁场中一定面积上磁力磁通这一物理量的引入则用来定量地描述在磁场中一定面积上磁力线的分布情况。为了表示磁场在空间中的分布情况，可以用磁力线的线的分布情况。为了表示磁场在空间中的分布情况，可以用磁力线的多少和疏密程度来形象描述，但它只能定性地分析。通过与磁场方向多少和疏密程度来形象描述，但它只能定性地分析。通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称垂直的某一面积上的磁力线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母少表示。它的单位为韦伯，用符号磁通，用字母少表示。它的单位为韦伯，用符号Wb表示。表示。当面积一定时，通过该面积的磁通越大，磁场就越强

11、。这一点在工程当面积一定时，通过该面积的磁通越大，磁场就越强。这一点在工程上有极其重要的意义。比如变压器、电磁铁等铁心材料的选用，希望上有极其重要的意义。比如变压器、电磁铁等铁心材料的选用，希望其通电线圈产生的全部磁力线尽可能多地通过铁心的截面，可以提高其通电线圈产生的全部磁力线尽可能多地通过铁心的截面，可以提高效率。效率。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 四、磁感应强度四、磁感应强度 为了研究磁场中各点的强弱和方向，我们引入磁感应强度这个物理为了研究磁场中各点的强弱和方向，我们引入磁感应强度这个物理量，用字母量，用字母B来表示。垂直通过单位面积的磁力线的多少，叫做该点来

12、表示。垂直通过单位面积的磁力线的多少，叫做该点的磁感应强度。在均匀磁场中，磁感应强度可以表示为的磁感应强度。在均匀磁场中，磁感应强度可以表示为:上式表明，磁感应强度上式表明，磁感应强度B等于单位面积的磁通量，所以，有时磁感应等于单位面积的磁通量，所以，有时磁感应强度也叫做磁通密度。磁通量的单位为强度也叫做磁通密度。磁通量的单位为Wb，面积，面积S的单位为扩，那么的单位为扩，那么磁感应强度磁感应强度B的单位为的单位为T，称为特斯拉，简称特。磁力线上某点的切线，称为特斯拉，简称特。磁力线上某点的切线方向就是该点的磁感应强度的方向。磁感应强度不但能表示某点磁场方向就是该点的磁感应强度的方向。磁感应强

13、度不但能表示某点磁场的强弱，而且还能表示该点磁场的方向，因此，磁感应强度是个矢量。的强弱，而且还能表示该点磁场的方向，因此，磁感应强度是个矢量。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 磁感应强度的大小可以用特斯拉计来进行测量。磁感应强度的大小可以用特斯拉计来进行测量。对于磁场中固定的某一点来说，磁感应强度对于磁场中固定的某一点来说，磁感应强度B是个常数，而对磁场是个常数，而对磁场中不同位置的不同点，中不同位置的不同点，B可能不相同。用磁力线可形象地描述磁感应可能不相同。用磁力线可形象地描述磁感应强度强度B的大小，的大小，B较大的地方，磁场较强，磁力线较密较大的地方，磁场较强，磁

14、力线较密;B较小的地方，较小的地方，磁场较弱，磁力线较稀。匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均磁场较弱，磁力线较稀。匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同，磁力线为等距离的平行直线，如相同，磁力线为等距离的平行直线，如图图4-5所示。所示。为了在平面上表示磁感应强度的大小和方向，常用符号为了在平面上表示磁感应强度的大小和方向，常用符号表示电流、磁力线或者磁感应强度垂直穿出纸面和垂直进人纸面的状表示电流、磁力线或者磁感应强度垂直穿出纸面和垂直进人纸面的状态。态。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识五、磁导率五、磁导率 磁场的强弱由磁感应强度磁场的强弱由磁感应强度B这个物理

15、量来描述。磁感应强度不仅取这个物理量来描述。磁感应强度不仅取决于产生它的电流大小和通电导体的几何形状，而且还与磁场中的介决于产生它的电流大小和通电导体的几何形状，而且还与磁场中的介质有关。不同的介质对磁场的影响是不同的。质有关。不同的介质对磁场的影响是不同的。当一导体通以恒定电流，但周围的介质不同时，磁场中同一点的磁当一导体通以恒定电流，但周围的介质不同时，磁场中同一点的磁感应强度是不同的。例如一个长直载流导体，如感应强度是不同的。例如一个长直载流导体，如图图4-6所所示。实验证示。实验证明，通电的长直导线周围的磁场中各点磁感应强度明，通电的长直导线周围的磁场中各点磁感应强度B的大小与导体内的

16、大小与导体内通过的电流通过的电流1成正比，与该点到导体中轴线的垂直距离成正比，与该点到导体中轴线的垂直距离R成反比，还与成反比，还与周围介质的性质有关，表达式为周围介质的性质有关，表达式为:上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 式中式中是一个与磁场介质有关的量，称为介质的磁导率，不同介质具是一个与磁场介质有关的量，称为介质的磁导率，不同介质具有不同的有不同的w值。在电流值。在电流I和距离和距离R的相同条件下，磁场中介质的相同条件下，磁场中介质值越大，值越大，则磁感应强度则磁感应强度B就越大，磁场越强。由此可见，磁导率就越大，磁场越强。由此可见，磁导率是表示介质对是表示介质对磁

17、场影响程度的一个物理量，磁场影响程度的一个物理量，值的大小反映了介质导磁能力的强弱。值的大小反映了介质导磁能力的强弱。磁导率的单位是亨磁导率的单位是亨/米米(H/m)。经过实验确定，真空的磁导率为。经过实验确定，真空的磁导率为=4 x 10-7(H/m)。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 为了便于比较各种介质的磁性能，引入了相对磁导率。某一介质的磁为了便于比较各种介质的磁性能，引入了相对磁导率。某一介质的磁导率导率与真空的磁导率与真空的磁导率o的比值称为这种介质的相对磁导率，用的比值称为这种介质的相对磁导率，用r表表示，即示，即:相对磁导率没有单位，由于磁感应强度与磁导率

18、相对磁导率没有单位，由于磁感应强度与磁导率成正比，所以有成正比，所以有:上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识式中，式中，B。为真空中的磁感应强度，。为真空中的磁感应强度，B为介质中的磁感应强度，由此为介质中的磁感应强度，由此看出相对磁导率看出相对磁导率r表明了用介质代替真空后，磁场中磁感应强度增大表明了用介质代替真空后，磁场中磁感应强度增大的倍数。的倍数。根据各种物质导磁性质的不同根据各种物质导磁性质的不同.可分为三类可分为三类:第一类为铁磁性物质。如铁、钻、镍等，它们的磁导率第一类为铁磁性物质。如铁、钻、镍等，它们的磁导率w远大于真空远大于真空的磁导率的磁导率fro，相对磁

19、导率，相对磁导率w。为几百至几千，而且磁导率。为几百至几千，而且磁导率w不是常数。不是常数。随磁场的强弱而变化，这类物质中所产生的磁场往往比真空中产生的随磁场的强弱而变化，这类物质中所产生的磁场往往比真空中产生的磁场强几千甚至几万倍以上。磁场强几千甚至几万倍以上。第二类为顺磁性物质。如空气、铝、锡、钨等，它们的磁导率第二类为顺磁性物质。如空气、铝、锡、钨等，它们的磁导率w比真比真空的磁导率空的磁导率 o稍大一点，相对磁导率稍大一点，相对磁导率w。约等于。约等于1.000005左右。左右。第三类为逆磁性物质。如氢、铜、金、银、石墨等，它们的磁导率第三类为逆磁性物质。如氢、铜、金、银、石墨等，它们

20、的磁导率比真空的磁导率比真空的磁导率。稍小点，相对磁导率。稍小点，相对磁导率w。约等于。约等于0.999995。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识由于顺磁性物质与逆磁性物质的由于顺磁性物质与逆磁性物质的 r近似于近似于1，在工程计算中除了铁磁，在工程计算中除了铁磁性物质外，其他物质的从均可认为等于性物质外，其他物质的从均可认为等于1，并称之为非磁性材料。，并称之为非磁性材料。六、磁场强度六、磁场强度 磁感应强度磁感应强度B与介质的磁导率与介质的磁导率w有关，为了便于确定磁场与电流之有关，为了便于确定磁场与电流之间的关系，需要引入一个与介质无关的物理量，这就是磁场强度。间的关

21、系，需要引入一个与介质无关的物理量，这就是磁场强度。磁场中某点的磁场强度的大小，等于该点的磁感应强度与介质磁导磁场中某点的磁场强度的大小，等于该点的磁感应强度与介质磁导率的比值，用符号率的比值，用符号H表示，即表示，即:上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识磁场强度的单位为安磁场强度的单位为安/米米(A/m)。磁场强度也是一个矢量，它的方向与。磁场强度也是一个矢量，它的方向与该点的磁感应强度方向一致。该点的磁感应强度方向一致。七、磁化七、磁化将铁磁性物质将铁磁性物质(如铁、镍、钻等如铁、镍、钻等)置于某磁场中，会大大加强原磁场。置于某磁场中，会大大加强原磁场。这是由于铁磁物质会

22、在外加磁场的作用下，产生一个与外磁场同方向这是由于铁磁物质会在外加磁场的作用下，产生一个与外磁场同方向的附加磁场，正是由于这个附加磁场促使了总磁场的加强，这种现象的附加磁场，正是由于这个附加磁场促使了总磁场的加强，这种现象叫做磁化。叫做磁化。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识铁磁性物质具有这种性质是由其内部结构决定的。研究证明铁磁性物质具有这种性质是由其内部结构决定的。研究证明:铁磁性物铁磁性物质内部是由许多叫做磁畴的天然磁化区域所组成的。虽然每个磁畴的质内部是由许多叫做磁畴的天然磁化区域所组成的。虽然每个磁畴的体积很小，但其中却包含有数亿个分子。每个磁畴的分子电流排列整体

23、积很小，但其中却包含有数亿个分子。每个磁畴的分子电流排列整齐，因此每个磁畴就构成一个永磁体，具有很强的磁性。但未被磁化齐，因此每个磁畴就构成一个永磁体，具有很强的磁性。但未被磁化的铁磁物质的磁畴排列是紊乱的，各个磁畴的磁场相互抵消，对外不的铁磁物质的磁畴排列是紊乱的，各个磁畴的磁场相互抵消，对外不显磁性，如显磁性，如图图4-7(a)所示。如果把铁磁性物质放人外磁场中，这时所示。如果把铁磁性物质放人外磁场中，这时大多数磁畴都趋向于沿外磁场方向规则地排列，因而在铁磁性物质内大多数磁畴都趋向于沿外磁场方向规则地排列，因而在铁磁性物质内部形成了很强的与外磁场同方向的部形成了很强的与外磁场同方向的“附加

24、磁场附加磁场”，从而大大地加强了，从而大大地加强了磁感应强度，即铁磁性物质被磁化了，如磁感应强度，即铁磁性物质被磁化了，如图图4-7(b)所示。当外加磁所示。当外加磁场进一步加强，所有磁畴的磁轴都几乎转向外加磁场方向，这时附加场进一步加强，所有磁畴的磁轴都几乎转向外加磁场方向，这时附加磁场不再加强，这种现象叫做磁饱和。如磁场不再加强，这种现象叫做磁饱和。如图图4-7(c)所示。所示。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识非铁磁性物质非铁磁性物质(如铝、铜、木材等如铝、铜、木材等)，由于没有磁畴结构，磁化程度很，由于没有磁畴结构，磁化程度很微弱。铁磁性物质具有很强的磁化作用，因而

25、具有良好的导磁性能，微弱。铁磁性物质具有很强的磁化作用，因而具有良好的导磁性能，广泛应用于电器设备中，如电机、变压器、电磁铁、电工仪表等。广泛应用于电器设备中，如电机、变压器、电磁铁、电工仪表等。1.磁化曲线磁化曲线 (1)磁化曲线的定义磁化曲线的定义 磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性。铁磁性物质的磁感应磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性。铁磁性物质的磁感应强度强度B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B-H曲线。曲线。(2)磁化曲线的测定与分析磁化曲线的测定与分析图图4-8中，中，(a)图是测量磁化曲线装置的示意图，图是测量磁化曲线装置

26、的示意图，(b)图是根据测量值做图是根据测量值做出的磁化曲线。出的磁化曲线。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识3)2-3段段:随着随着H的增加，的增加，B的上升又缓慢了，这是由于大部分磁畴方的上升又缓慢了，这是由于大部分磁畴方向已转向向已转向H方向，随着方向，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点以后点以后:到达到达3点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方向，再增点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方向，再增大大H值，值，B也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为饱和段，此时的磁也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为饱和段，此时的磁感应强

27、度叫饱和磁感应强度。感应强度叫饱和磁感应强度。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识不同的铁磁性物质，不同的铁磁性物质，B的饱和值不同，对同一种材料，的饱和值不同，对同一种材料，B的饱和值是的饱和值是一定的。一定的。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2一一3段，即接近饱和的地方。段，即接近饱和的地方。(3)磁化曲线的意义磁化曲线的意义 在磁化曲线中，已知在磁化曲线中，已知H值就可查出对应的值就可查出对应的B值。因此，在计算介质值。因此，在计算介质中的磁场问题时，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4-9给出了几种

28、不同铁磁性物质的磁化曲线，从曲线上可看出，给出了几种不同铁磁性物质的磁化曲线，从曲线上可看出，在相同的磁场强度在相同的磁场强度H下，硅钢片的下，硅钢片的B值最大，铸铁的值最大，铸铁的B值最小，说明硅值最小，说明硅钢片的导磁性能比铸铁要好得多。钢片的导磁性能比铸铁要好得多。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识2.磁滞回线磁滞回线 磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过程，磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过程，而在实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中的。因此，下面研而在实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中的。因此，下面研究铁磁性物质反复

29、交变磁化的问题。究铁磁性物质反复交变磁化的问题。(1)磁滞回线磁滞回线 磁滞回线是指铁磁物质在交变磁场中，经过多次磁化、去磁、反向磁滞回线是指铁磁物质在交变磁场中，经过多次磁化、去磁、反向磁化、反向去磁的过程，得到的磁化、反向去磁的过程，得到的H-B关系的闭合曲线。关系的闭合曲线。图图4-10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。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 1)当当B随随H沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H的数值，由图的数值，由图可看出，可看出，B并不沿起始磁化曲线减小，而是沿

30、另一条在它上面的曲线并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面的曲线ab下降。下降。2)当当H减小到零时，减小到零时，B0，而是保留一定的值，称之为剩磁，用，而是保留一定的值，称之为剩磁，用B表示。永久性磁铁就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。表示。永久性磁铁就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。3)为消除剩磁，必须加反向磁场。随着反向磁场的增强，铁磁性物为消除剩磁，必须加反向磁场。随着反向磁场的增强，铁磁性物质逐渐退磁，当反向磁场增大到一定值时，质逐渐退磁，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，剩磁完全消失，如图如图be段。段。be段曲线叫退磁曲线，这时段曲线叫退磁曲线，

31、这时H值是为克服剩磁所加的磁场值是为克服剩磁所加的磁场强度，称为矫顽磁力，用强度，称为矫顽磁力，用He表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物质表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物质保存剩磁的能力。保存剩磁的能力。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 4)当反向磁场继续增大时，当反向磁场继续增大时，B值从值从0起改变方向，沿曲线起改变方向，沿曲线cd变化，并变化，并能达到反向饱和点能达到反向饱和点d.5)使反向磁场减弱到使反向磁场减弱到0,B-H曲线沿曲线沿de变化，在。点变化，在。点H=0，再逐渐增大，再逐渐增大正向磁场正向磁场B-H曲线沿曲线沿efa变化，完成一个循环。变化，完成

32、一个循环。6)从整个过程看，从整个过程看，B的变化总是落后于的变化总是落后于H的变化，这种现象称为磁滞的变化，这种现象称为磁滞现象。经过多次循环，可得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线现象。经过多次循环，可得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线(abcdefa)，称为磁滞回线。，称为磁滞回线。7)改变交变磁场强度改变交变磁场强度H的幅值，可相应得到一系列大小不一的磁滞的幅值，可相应得到一系列大小不一的磁滞回线，如回线，如图图4-11中虚线所示。连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到中虚线所示。连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到一条磁化曲线，叫基本磁化曲线。一条磁化曲线，叫基本磁化曲线。上一页 下一页返回

33、第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识(2)磁滞损耗磁滞损耗 铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生了能量损耗，称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就了能量损耗，称为磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。因越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。因此，磁滞回线的形状常被用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料此，磁滞回线的形状常被用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。的依据。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基

34、本知识八、磁场对载流导体的作用八、磁场对载流导体的作用1.磁场对载流直导体的作用磁场对载流直导体的作用(1)电磁力的大小电磁力的大小磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为电磁力。磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为电磁力。1)当电流当电流1的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度B垂直时，导线受电磁力最大，磁感应垂直时，导线受电磁力最大，磁感应强度为强度为:上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 2)当电流当电流1的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度B平行时，导线不受电磁力作用，即平行时，导线不受电磁力作用，即F=0.3)如如图图4-12所示，当电流所示，当电

35、流1的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度B之间有一定夹角时，之间有一定夹角时，可将可将B分解为两个互相垂直的分量分解为两个互相垂直的分量:一个与电流一个与电流1平行的分量，平行的分量，B1=Bcosa;另一个与电流另一个与电流1垂直的分量，垂直的分量，B2=Bsina.B1对电流没有力的作对电流没有力的作用，磁场对电流的作用力是由用，磁场对电流的作用力是由B2产生的。因此，磁场对直线电流的作产生的。因此，磁场对直线电流的作用力为用力为:上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 公式中各物理量的单位均采用用国际单位制公式中各物理量的单位均采用用国际单位制:电磁力电磁力F的单位用牛顿

36、的单位用牛顿(N);电流电流I的单位用安培的单位用安培(A);长度长度l的单位用米的单位用米(m);磁感应强度磁感应强度B的单位的单位用特斯拉用特斯拉(T)。(2)左手定则左手定则 电磁力电磁力F的方向可用左手定则判断的方向可用左手定则判断:伸出左手，使拇指与其他四指垂直伸出左手，使拇指与其他四指垂直放在一个平面内，让磁力线穿人手心，四指指向电流方向，则拇指所放在一个平面内，让磁力线穿人手心，四指指向电流方向，则拇指所指的方向即为通电导体的受力方向。指的方向即为通电导体的受力方向。若电流方向与磁力线不是垂直的，则可将电流若电流方向与磁力线不是垂直的，则可将电流1的垂直分量分解出的垂直分量分解出

37、来，然后再用左手定则来判定作用力的方向。来，然后再用左手定则来判定作用力的方向。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识 例例4-1如如图图4-13所示，在均匀磁场中放一长为所示，在均匀磁场中放一长为lm，电流为，电流为10A的载流的载流直导体，它与磁感应强度的方向成直导体，它与磁感应强度的方向成a=30.若这根导体所受的电磁力为若这根导体所受的电磁力为3N，试求磁感应强度及，试求磁感应强度及a=90 时导体受到的电磁力。时导体受到的电磁力。上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识2.磁场对通电矩形线圈的作用磁场对通电矩形线圈的作用 将一矩形线圈将一矩形线圈abcd

38、放在匀强磁场中，如图放在匀强磁场中，如图4-14所示，线圈的顶边所示，线圈的顶边ad和底边和底边be所受的磁场力所受的磁场力F8a.凡。大小相等，方向相反，在一条直凡。大小相等，方向相反，在一条直线上，彼此平衡线上，彼此平衡;而作用在线圈两个侧边而作用在线圈两个侧边ab和和cd上的磁场力上的磁场力FabFcd虽虽然大小相等，方向相反，但不在一条直线上，产生了力矩，称为电磁然大小相等，方向相反，但不在一条直线上，产生了力矩，称为电磁转矩。这个转矩使线圈绕转矩。这个转矩使线圈绕00转动，转动过程中，随着线圈平面与磁转动，转动过程中，随着线圈平面与磁力线之间夹角的改变，力臂在改变，磁转矩也在改变。力

39、线之间夹角的改变，力臂在改变，磁转矩也在改变。当线圈平面与磁力线平行时，力臂最大，线圈受磁转矩最大当线圈平面与磁力线平行时，力臂最大，线圈受磁转矩最大;当线圈平当线圈平面与磁力线垂直时，力臂为零，线圈受磁转矩也为零。面与磁力线垂直时，力臂为零，线圈受磁转矩也为零。经推导得电磁转矩的表达式为经推导得电磁转矩的表达式为:上一页 下一页返回第一节第一节磁的基本知识磁的基本知识上一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应 许多物理学家在奥斯特发现电流的磁效应后开始了寻找它的逆效应即许多物理学家在奥斯特发现电流的磁效应后开始了寻找它的逆效应即把磁变成电的研究与探索。直到把磁变成电的研究与探索。直到1831年，

40、英国科学家法拉第发现了磁年，英国科学家法拉第发现了磁能生电的规律能生电的规律电磁感应定律，使人们电磁感应定律，使人们“磁生电磁生电”的梦想成真，对人的梦想成真，对人类文明进步和科学发展做出了卓越的贡献。类文明进步和科学发展做出了卓越的贡献。一、电磁感应现象一、电磁感应现象 先看下面的实验。如先看下面的实验。如图图4-15。当导体向里或向外做切割磁力线运动时，检流计指针就发生偏转当导体向里或向外做切割磁力线运动时，检流计指针就发生偏转;若导体不动，让磁场向里或向外运动，检流计指针也发生偏转，并且若导体不动，让磁场向里或向外运动，检流计指针也发生偏转，并且导体与磁场相对运动的方向不同时，指针偏转方

41、向也不同。这说明电导体与磁场相对运动的方向不同时，指针偏转方向也不同。这说明电路中有电流，而且电流的方向与磁场的相对运动方向有关。但是，让路中有电流，而且电流的方向与磁场的相对运动方向有关。但是，让导体沿磁力线方向上下运动或导体不动让磁极上下运动，则检流计的导体沿磁力线方向上下运动或导体不动让磁极上下运动，则检流计的指针不动，这说明此时电路中没有电流。指针不动，这说明此时电路中没有电流。下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应 同样，如果把条形磁铁插入一个螺线管中，我们发现与螺线管相连的同样，如果把条形磁铁插入一个螺线管中，我们发现与螺线管相连的检流计指针发生偏转，把磁铁从螺线管中拔出时，指针也

42、要偏转，并检流计指针发生偏转，把磁铁从螺线管中拔出时，指针也要偏转，并且这两次指针偏转的方向是不一样的。这是由于磁铁相对于线圈运动且这两次指针偏转的方向是不一样的。这是由于磁铁相对于线圈运动时，线圈的导线切割磁力线。但是，若使磁铁和线圈以相同的速度运时，线圈的导线切割磁力线。但是，若使磁铁和线圈以相同的速度运动时，检流计的指针不会偏转，即没有电流产生。由以上两种实验现动时，检流计的指针不会偏转，即没有电流产生。由以上两种实验现象可得象可得:不论是导体运动还是磁场运动，只要闭合电路中的一部分导体不论是导体运动还是磁场运动，只要闭合电路中的一部分导体与磁场有相对运动而且切割磁力线时，电路中就有电流

43、产生。如与磁场有相对运动而且切割磁力线时，电路中就有电流产生。如图图4-16。上一页 下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应 如果导体与磁场不发生相对运动，会产生电流吗如果导体与磁场不发生相对运动，会产生电流吗?仍然用实验来证明仍然用实验来证明:在在图图4-17中，当闭合或断开开关的瞬间，用变阻器改变线圈中，当闭合或断开开关的瞬间，用变阻器改变线圈A中的电中的电流使穿过流使穿过B线圈的磁通量发生变化，检流计指针就发生偏转说明电路线圈的磁通量发生变化，检流计指针就发生偏转说明电路中有了电流中有了电流;当在线圈当在线圈A中加人铁心，闭合电键后线圈中加人铁心，闭合电键后线圈A就成为电磁铁，就成为电磁

44、铁，当线圈当线圈A上下移动时，检流计的指针会发生偏转，说明电路中也有了上下移动时，检流计的指针会发生偏转，说明电路中也有了电流。电流。但是，若使电路中的电流不变，或者线圈但是，若使电路中的电流不变，或者线圈A保持不动，则检流计的指保持不动，则检流计的指针不会发生偏转，说明电路中没有电流。针不会发生偏转，说明电路中没有电流。上一页 下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应 由此我们可得到磁场产生电流的条件是由此我们可得到磁场产生电流的条件是:闭合电路的一部分导体做切闭合电路的一部分导体做切割磁力线运动，或穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就割磁力线运动，或穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭

45、合电路中就有感应电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，有感应电流产生。这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势，产生的电流叫做感应电流。由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势，产生的电流叫做感应电流。二、电磁感应定律二、电磁感应定律 电磁感应定律应用非常广泛，如发电机、互感器及一些电工仪表都电磁感应定律应用非常广泛，如发电机、互感器及一些电工仪表都是根据电磁感应定律制成的。下面研究导体和线圈产生感应电动势和是根据电磁感应定律制成的。下面研究导体和线圈产生感应电动势和感应电流的具体情况。感应电流的具体情况。上一页 下一页返回第二节第二节电磁感

46、应电磁感应 1.直导线切割磁力线时的感应电动势和感应电流直导线切割磁力线时的感应电动势和感应电流 (1)方向判定方向判定 可用右手定则来判定，其具体内容是可用右手定则来判定，其具体内容是:伸开右手，让大拇指和其余伸开右手，让大拇指和其余四指垂直，并都与手掌在同一个平面内，让磁力线垂直穿过掌心，大四指垂直，并都与手掌在同一个平面内，让磁力线垂直穿过掌心，大拇指指向导线的运动方向，则四指所指的方向就是感应电动势或感应拇指指向导线的运动方向，则四指所指的方向就是感应电动势或感应电流的方向。如电流的方向。如图图4-18所示。所示。(2)大小确定大小确定经实验测定，磁场中导体产生的感应电动势。的大小与磁

47、场中导体长经实验测定，磁场中导体产生的感应电动势。的大小与磁场中导体长度度Z、磁感应强度、磁感应强度B、导体运动速度。以及运动方向与磁力线方向夹角、导体运动速度。以及运动方向与磁力线方向夹角的正弦成正比，即的正弦成正比，即:上一页 下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应例例4-2在在图图4-19中，设匀强磁场的磁感应强度为中，设匀强磁场的磁感应强度为0.1T,切割磁力切割磁力线的导线长度为线的导线长度为40cm，向右匀速运动的速度，向右匀速运动的速度v为为5 m/s，整个线框的，整个线框的电阻为电阻为0.5,求求:(1)感应电动势的大小感应电动势的大小;(2)感应电流的方向和大小。感应电流的方

48、向和大小。上一页 下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应上一页 下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应 2.线圈中磁通量发生变化时的感应电动势和感应电流线圈中磁通量发生变化时的感应电动势和感应电流 (1)方向判定方向判定 可用楞次定律来判定，其具体内容是可用楞次定律来判定，其具体内容是:当穿过线圈的磁通发生变化当穿过线圈的磁通发生变化时，感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。具体步骤如下时，感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。具体步骤如下:a.明确原磁场的方向，确定穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少。明确原磁场的方向，确定穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少。b.根据楞次定律确定感应电流的

49、磁场方向，若穿过闭合电路的磁通根据楞次定律确定感应电流的磁场方向，若穿过闭合电路的磁通量增加，则感应电流的磁场方向与原磁场方向相反量增加，则感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;若穿过闭合电路的若穿过闭合电路的磁通量减少，则感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。磁通量减少，则感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。c.根据安培定则，由感应电流的磁场方向，确定感应电流的方向。根据安培定则，由感应电流的磁场方向，确定感应电流的方向。上一页 下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应(2)大小确定大小确定 经实验测定，当磁铁插入或拔出线圈的速度越快时，检流计指针的经实验测定，当磁铁插入或拔出线圈的速度越快时，检

50、流计指针的偏转角度越大偏转角度越大;反之则越小。磁铁插入或拔出线圈的速度，反映了线圈反之则越小。磁铁插入或拔出线圈的速度，反映了线圈的磁通变化的快慢。所以，线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通变的磁通变化的快慢。所以，线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通变化的速度成正比，这个规律叫做法拉第电磁感应定律。其表达式为化的速度成正比，这个规律叫做法拉第电磁感应定律。其表达式为:上一页 下一页返回第二节第二节电磁感应电磁感应 例例4一如图一如图4-20所示，在闭合开关的瞬间，导线所示，在闭合开关的瞬间，导线cd中有感应电流产生。中有感应电流产生。试用楞次定律确定导线试用楞次定律确定导线cd中感应电流的方向