電工基礎(chǔ)-電磁感應(yīng)

電磁感應(yīng)基本知識(shí)03感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用變壓器相關(guān)知識(shí)電磁感應(yīng)部分涉及三個(gè)方面的知識(shí)：一是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律。電磁感應(yīng)研究的是其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的特點(diǎn)和規(guī)律，其核心是法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律。楞次定律表述為：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。即要想獲得感應(yīng)電流(電能)必須克服感應(yīng)電流產(chǎn)生的安培力做功，需外界做功，將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。法拉第電磁感應(yīng)定律反映外界做功能力磁通量的變化率越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，外界做功的能力也越大。3.1相關(guān)知識(shí)電磁感應(yīng)部分涉及三個(gè)方面的知識(shí)：二是電路及力學(xué)知識(shí)。主要討論電能在電路中傳輸、分配，并通過(guò)用電器轉(zhuǎn)化成其他形式能的特點(diǎn)規(guī)律。在實(shí)際應(yīng)用中常常用到電路的三個(gè)規(guī)律(歐姆定律、電阻定律和焦耳定律)和力學(xué)中的牛頓定律、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理和能量守恒定律等概念。法拉第電磁感應(yīng)定律反映外界做功能力磁通量的變化率越大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大，外界做功的能力也越大。3.1相關(guān)知識(shí)電磁感應(yīng)部分涉及三個(gè)方面的知識(shí)：三是右手定則。右手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)。把右手放入磁場(chǎng)中，若磁力線(xiàn)垂直進(jìn)入手心（當(dāng)磁感線(xiàn)為直線(xiàn)時(shí)，相當(dāng)于手心面向N極），大拇指指向?qū)Ь€(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向，則四指所指方向?yàn)閷?dǎo)線(xiàn)中感應(yīng)電流的方向。左力右電（即左手定則判斷力的方向，右手定則判斷電流的方向）。左力右感、左生力右通電。3.1電磁感應(yīng)指因?yàn)榇磐孔兓a(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，是電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的成就之一。電磁感應(yīng)3.23.2若閉合電路為一個(gè)n匝的線(xiàn)圈，則又可表示為：式中n為線(xiàn)圈匝數(shù)，ΔΦ為磁通量變化量，單位Wb（韋伯），Δt為發(fā)生變化所用時(shí)間，單位為s.ε為產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位為V（伏特，簡(jiǎn)稱(chēng)伏）。電磁感應(yīng)俗稱(chēng)磁生電，多應(yīng)用于發(fā)電機(jī)。電磁感應(yīng)俗稱(chēng)磁生電，多應(yīng)用于發(fā)電機(jī)電磁感應(yīng)3.3產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件l閉合電路。l穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。【缺一不可】3.3產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3.3產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件：①兩種不同表述a．閉合電路中的一部分導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)b．穿過(guò)閉合電路的磁場(chǎng)發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3.34產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件：②兩種表述的比較和統(tǒng)一a．兩種情況產(chǎn)生感應(yīng)電流的根本原因不同閉合電路中的一部分導(dǎo)體與磁場(chǎng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，是導(dǎo)體中的自由電子隨導(dǎo)體一起運(yùn)動(dòng)，受到的洛倫茲力的一個(gè)分力使自由電子發(fā)生定向移動(dòng)形成電流，這種情況產(chǎn)生的電流有時(shí)稱(chēng)為動(dòng)生電流。穿過(guò)閉合電路的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)電磁場(chǎng)理論，變化的磁場(chǎng)周?chē)a(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)使導(dǎo)體中的自由電子定向移動(dòng)形成電流，這種情況產(chǎn)生的電流稱(chēng)為感應(yīng)電流或感生電流。b．兩種表述的統(tǒng)一兩種表述可統(tǒng)一為穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3.3產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件：③產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的條件不論用什么方法，只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有電流產(chǎn)生。條件：a．閉合電路；b．一部分導(dǎo)體；c．做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)條件：a．閉合電路；b．一部分導(dǎo)體；c．做切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3.3感應(yīng)電流方向影響的因素在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流的方向跟導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方向和磁感線(xiàn)方向有關(guān)，若改變導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與原運(yùn)動(dòng)方向相反，或?qū)⒋鸥芯€(xiàn)方向改為與原方向相反，則感應(yīng)電流方向?qū)⑴c原方向相反；若導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線(xiàn)方向都變?yōu)楹驮瓉?lái)相反，則感應(yīng)電流的方向不變產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3.4磁場(chǎng)和磁場(chǎng)強(qiáng)度磁鐵周?chē)纱帕ψ饔眠_(dá)到的范圍稱(chēng)為磁場(chǎng)。磁場(chǎng)某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和同一點(diǎn)上的磁導(dǎo)率μ的比值稱(chēng)為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度或稱(chēng)磁化力，以H表示。磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位為A／m用公式表示即：H=B／μμ亦稱(chēng)磁介質(zhì)的磁導(dǎo)系數(shù)，它與磁介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，各種不同的磁介質(zhì)有不同的磁導(dǎo)率。相關(guān)概念3.4磁力線(xiàn)磁力作用的線(xiàn)跡稱(chēng)為磁力線(xiàn)。磁力線(xiàn)具有以下特性：（1）在磁鉗外部的磁力線(xiàn)是從北極N到南極S，磁鐵內(nèi)部的磁力線(xiàn)是從南極S到北極N。（2）磁力線(xiàn)都形成閉合的回路，不中斷、不交叉、不重疊。（3）磁力線(xiàn)具有力求縮短其距離的傾向。（4）同方向的磁力線(xiàn)相斥，異方向的磁力線(xiàn)相吸?；靖拍钤趧驈?qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，平面的面積為S。(1)定義：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)B與垂直磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，叫做穿過(guò)這個(gè)面的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通。定義式：Φ=BS當(dāng)平面與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)：Φ=BS⊥=BScosθ（θ為兩個(gè)平面的二面角）垂直穿過(guò)某個(gè)面的磁感線(xiàn)條數(shù)表示穿過(guò)這個(gè)面的磁通量。在國(guó)際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡(jiǎn)稱(chēng)韋，符號(hào)是Wb。1Wb=1T?1m2=1V?s磁通量是標(biāo)量，但是有正負(fù)之分。3.4磁通量相關(guān)概念在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直的平面，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，平面的面積為S。(1)定義：在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)B與垂直磁場(chǎng)方向的面積S的乘積，叫做穿過(guò)這個(gè)面的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通。定義式：Φ=BS當(dāng)平面與磁場(chǎng)方向不垂直時(shí)：Φ=BS⊥=BScosθ（θ為兩個(gè)平面的二面角）垂直穿過(guò)某個(gè)面的磁感線(xiàn)條數(shù)表示穿過(guò)這個(gè)面的磁通量。在國(guó)際單位制中，磁通量的單位是韋伯，簡(jiǎn)稱(chēng)韋，符號(hào)是Wb。1Wb=1T?1m2=1V?s磁通量是標(biāo)量，但是有正負(fù)之分。3.4磁通量相關(guān)概念3.4磁飽和相關(guān)概念鋼、鐵等磁化物質(zhì)在磁化過(guò)程中磁通或磁通密度最初增加很快，隨著磁化物質(zhì)內(nèi)部磁性的增加，磁通密度的增長(zhǎng)逐漸減慢，最后當(dāng)磁化力已達(dá)很大時(shí)，磁通基本上不再增加，此時(shí)稱(chēng)磁化物質(zhì)已處于磁飽和狀態(tài)。3.4勵(lì)磁、剩磁、磁滯相關(guān)概念對(duì)環(huán)繞鐵磁物質(zhì)的線(xiàn)圈通以電流使其磁化的現(xiàn)象稱(chēng)為勵(lì)磁。當(dāng)把鐵磁物質(zhì)放人通電螺管線(xiàn)圈磁化后，若把電流切斷，這時(shí)線(xiàn)圈中的電流磁場(chǎng)將會(huì)立即消失，然而磁體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度并不完全消失，而是在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保留著磁性，這種剩下來(lái)的磁性稱(chēng)為剩磁。鐵磁物質(zhì)在磁化過(guò)程中磁通密度的變化總是落后于磁化力，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯。3.5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(1)定義：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，叫做感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。方向是由低電勢(shì)指向高電勢(shì)。(2)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件：穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生變化。(3)物理意義：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是反映電磁感應(yīng)現(xiàn)象本質(zhì)的物理量。(4)方向規(guī)定：內(nèi)電路中的感應(yīng)電流方向，為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向。(5)反電動(dòng)勢(shì)：在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總要削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中的自由電子因磁場(chǎng)力的作用而沿導(dǎo)線(xiàn)向一定方向移動(dòng)，其結(jié)果使導(dǎo)體的一端聚集著較多的自由電子而呈現(xiàn)出負(fù)電荷；另一端則由于失去電子而呈現(xiàn)出正電荷，導(dǎo)體兩端因出現(xiàn)這些電荷而產(chǎn)生了電位差，這就是導(dǎo)體上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.5感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。?）與切割磁力線(xiàn)的導(dǎo)體有效長(zhǎng)度L成正比。（2）與切割磁力線(xiàn)的導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度υ成正比。（3）與磁場(chǎng)的磁通密度B的大小成正比。（4）與導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)的角度有關(guān)：當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁力線(xiàn)方向垂直時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大；導(dǎo)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)方向與磁力線(xiàn)方向平行時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.5自感和自感電勢(shì)自感，在一個(gè)閉合的回路中，當(dāng)通過(guò)的電流方向或大小發(fā)生變化時(shí)，在導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生的磁場(chǎng)也發(fā)生變化。因變化的磁通而使本回路中同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象稱(chēng)自感現(xiàn)象。其電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為自感電勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.5自感和自感電勢(shì)自感電動(dòng)勢(shì)的方向可由楞次定律來(lái)確定。當(dāng)回路中電流增大時(shí)，由它產(chǎn)生的磁通也相應(yīng)增加，此時(shí)自感電動(dòng)勢(shì)的方向阻礙磁通的增加，與回路電流方向相反。當(dāng)回路中電流減小時(shí)，引起磁通減少，其自感電動(dòng)勢(shì)阻礙著磁通減小，與回路電流方向相同。由于自感電勢(shì)的存在，使回路中接通電路的瞬間電流不能立即達(dá)到最大值；當(dāng)切斷電路時(shí)，電流不能立即降到零。自感電勢(shì)的大小決定于磁通變化的速度，這個(gè)變化速度除與電流變化速度有關(guān)外，還與原有磁場(chǎng)有關(guān)，如在線(xiàn)圈匝數(shù)較多，或在線(xiàn)圈中加入鐵心時(shí)，則可產(chǎn)生較高的自感電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.5互感和互感電勢(shì)若有兩個(gè)線(xiàn)圈彼此靠近，形成兩個(gè)獨(dú)立回路，其中一個(gè)回路通過(guò)變化的電流，線(xiàn)圈周?chē)a(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割相鄰線(xiàn)圈，使相鄰線(xiàn)圈同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為互感，其電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為互感電勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.6電磁感應(yīng)加熱器電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用電磁感應(yīng)加熱的原理電磁感應(yīng)加熱的原理是感應(yīng)加熱電源產(chǎn)生的交變電流通過(guò)感應(yīng)器（即線(xiàn)圈）產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，導(dǎo)磁性物體置于其中切割交變磁力線(xiàn)，從而在物體內(nèi)部產(chǎn)生交變的電流（即渦流），渦流使物體內(nèi)部的原子高速無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能，從而起到加熱物品的效果。即是通過(guò)把電能轉(zhuǎn)化為磁能，