《電工基礎(chǔ)（第二版）》 課件 模塊四　磁場與電磁感應(yīng)

模塊四磁場與電磁感應(yīng)145課題四鐵磁材料與磁路課題二電磁感應(yīng)課題一磁場課題三自感和互感課題一磁場147學(xué)習(xí)目標(biāo)1.能應(yīng)用右手螺旋定則判斷通電直導(dǎo)體的磁場方向。2.理解磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率的概念。3.理解磁場對電流的作用力（電磁力），能用左手定則判斷電磁力的方向。4.了解磁場對通電線圈的作用及其應(yīng)用。148從古老的指南針，到今天廣為應(yīng)用的磁卡、揚(yáng)聲器、電磁爐、電磁鐵、電動(dòng)機(jī)、變壓器等，還有無須車輪便可飛速行駛的磁懸浮列車，磁和電一樣，與我們的生產(chǎn)和生活緊密相連，讓世界變得絢麗多彩，如圖所示。149磁的應(yīng)用一、磁場與磁感線當(dāng)兩個(gè)磁極靠近時(shí)，它們之間會(huì)產(chǎn)生相互作用的力：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。兩個(gè)磁極互不接觸，卻存在相互作用的力，這是為什么呢?原來在磁體周圍的空間中存在著一種特殊的物質(zhì)———磁場，磁極之間的作用力就是通過磁場進(jìn)行傳遞的。150小磁針的指向表示該點(diǎn)的磁場方向。實(shí)際上，當(dāng)把蹄形磁鐵放在玻璃板下時(shí)，一粒粒鐵屑也就被磁化成一個(gè)個(gè)“小磁針”了，進(jìn)而便在磁場的作用下形成有序的排列。根據(jù)鐵屑的分布和磁場中各點(diǎn)的小磁針N極的指向，可以畫出一些曲線來描述磁場。這樣的曲線稱為磁感線，如圖所示。在這些曲線上，每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向，也就是放在該點(diǎn)的磁針N極所指的方向，如圖所示。151用鐵屑模擬磁場分布磁感線的方向定義為：在磁體外部由N極指向S極，在磁體內(nèi)部由S極指向N極。磁感線是閉合曲線。磁場越強(qiáng)的地方，磁感線越密。磁場中某一平面上所通過磁感線的數(shù)量稱為磁通量，簡稱磁通，磁通的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。152蹄形磁鐵的磁感線磁感線方向與磁場方向在磁場的某一區(qū)域里，如果磁感線是一些方向相同、分布均勻的平行直線，這一區(qū)域稱為均勻磁場。距離很近的兩個(gè)異名磁極之間的磁場，除邊緣部分外，就可以認(rèn)為是均勻磁場，如圖所示。153均勻磁場二、電流的磁場當(dāng)靠近通電直導(dǎo)體時(shí)，小磁針偏轉(zhuǎn)，改變直導(dǎo)體中的電流方向，小磁針的偏轉(zhuǎn)方向也隨之改變，如圖所示。這說明，通電直導(dǎo)體周圍存在磁場，其方向與電流方向有關(guān)。154把小磁針放在通電直導(dǎo)體下方，小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)在鐵釘上纏繞漆包線，通上電流后，鐵釘就能吸住小鐵釘了。繞上漆包線的鐵釘實(shí)際就是一個(gè)有鐵芯的螺線管，如圖所示。同樣，也可以把小磁針放在通電螺線管附近不同位置，根據(jù)磁針的指向來研究它周圍磁場的分布。155接通電源，纏繞漆包線的鐵釘就能吸住小鐵釘了不僅磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場。電流所產(chǎn)生磁場的方向可用右手螺旋定則（也稱安培定則）來判斷，見下表。156右手螺旋定則通電螺線管表現(xiàn)出來的磁性與條形磁鐵相似，一端相當(dāng)于N極，另一端相當(dāng)于S極，改變電流方向，它的兩極就對調(diào)。其外部的磁感線也是從N極出，S極入；內(nèi)部的磁感線跟螺線管的軸線平行，方向由S極指向N極，并和外部的磁感線連接，形成閉合曲線。157三、磁場對電流的作用1.磁場對通電直導(dǎo)體的作用可以看到，通電后直導(dǎo)體因受力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。當(dāng)改變磁場方向或改變直導(dǎo)體中的電流方向后，直導(dǎo)體的受力方向隨之改變。通常把通電直導(dǎo)體在磁場中受到的力稱為電磁力。通電直導(dǎo)體在磁場內(nèi)所受電磁力的方向可用左手定則來判斷。如圖所示，平伸左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線垂直穿入掌心，并使四指指向電流的方向，則拇指所指的方向就是通電直導(dǎo)體所受電磁力的方向。158159左手定則通電直導(dǎo)體在磁場中所受電磁力的大小，既與直導(dǎo)體長度l成正比，又與電流大小I成正比。在磁場中同一個(gè)地方，無論電流大小和直導(dǎo)體長度怎樣改變，比值是恒定不變的。在磁場中不同的地方，這個(gè)比值可能是不同的值；在不同的磁場中，這個(gè)比值也可能是不同的值?？梢姡@個(gè)比值是由磁場本身決定的，其大小反映了磁場的強(qiáng)弱。在磁場中，垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)體所受電磁力F與電流I和直導(dǎo)體長度l的乘積Il的比值稱為該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示，即160磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，簡稱特（T）。磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，它的方向就是該點(diǎn)的磁場的方向。利用磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式，可得電磁力的計(jì)算式為F=BIl如果電流方向與磁場方向不垂直，而是有一個(gè)夾角α，如圖所示，則通電直導(dǎo)體的有效長度為lsinα（即l在與磁場方向相垂直方向上的投影）。此時(shí)，電磁力的計(jì)算式變?yōu)镕=BIlsinα161從這個(gè)公式可以看出：α=90°時(shí)，電磁力最大；α=0°時(shí)，電磁力最??；當(dāng)電流方向與磁場方向斜交時(shí)，電磁力介于最大值和最小值之間。162電流方向與磁場方向有一夾角α2.通電平行直導(dǎo)體間的作用兩條相距較近且相互平行的直導(dǎo)體，當(dāng)通以相同方向的電流時(shí)，它們相互吸引，如圖a所示；當(dāng)通以相反方向的電流時(shí)，它們相互排斥，如圖b所示。這是由于每根直導(dǎo)體都處在另一根直導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁場中，因而每根直導(dǎo)體都受到電磁力的作用。163通電平行直導(dǎo)體間的相互作用a）通入同方向電流的平行直導(dǎo)體相互吸引b）通入反方向電流的平行直導(dǎo)體相互排斥發(fā)電廠或變電所的母線排就是這種互相平行的載流直導(dǎo)體，它們之間經(jīng)常受到這種電磁力的作用。尤其在發(fā)生短路事故時(shí)，通過母線的電流會(huì)驟然增大幾十倍，這時(shí)兩排平行母線之間的作用力可以達(dá)到幾千牛頓。為了使母線不致因短路時(shí)所產(chǎn)生的巨大電磁力作用而受到破壞，所以每間隔一定間距就安裝一個(gè)絕緣支柱，以平衡電磁力。1643.磁場對通電線圈的作用磁場對通電矩形線圈的作用是電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的基本原理。線圈的旋轉(zhuǎn)方向可用左手定則判斷。當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí)，線圈在N極一側(cè)的有效部分所受電磁力向下，在S極一側(cè)的有效部分所受電磁力向上，線圈按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)線圈所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩最大。當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩為零，但線圈仍靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過換向器的作用，與電源負(fù)極相連的電刷A始終與轉(zhuǎn)到N極一側(cè)的導(dǎo)線相連，電流方向恒為由電刷A流出線圈；與電源正極相連的電刷B始終與轉(zhuǎn)到S極一側(cè)的導(dǎo)線相連，電流方向恒為由電刷B流入線圈。因此，線圈始終按順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。165由于這種電動(dòng)機(jī)的電源是直流電源，所以稱為直流電動(dòng)機(jī)。此外，許多利用永久磁鐵來使通電線圈偏轉(zhuǎn)的磁電系儀表，也都是利用這一原理制成的，如圖所示。166磁電系儀表結(jié)構(gòu)圖課題二電磁感應(yīng)167學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解感應(yīng)電動(dòng)勢的概念，能用右手定則判斷感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。2.掌握楞次定律及其應(yīng)用，理解法拉第電磁感應(yīng)定律。168如圖所示現(xiàn)象都與電磁感應(yīng)有著密切的聯(lián)系。169電磁感應(yīng)現(xiàn)象一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象當(dāng)條形磁鐵靜止時(shí)，檢流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)，表明線圈中無電流。當(dāng)條形磁鐵快速地插入或拔出線圈時(shí)，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，表明線圈中有電流流過。當(dāng)條形磁鐵以更快的速度插入或拔出線圈時(shí)，指針的偏轉(zhuǎn)角度變大，表明線圈中的電流增大。這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)勢稱為感應(yīng)電動(dòng)勢。170在開關(guān)S接通或斷開瞬間，檢流計(jì)指針都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，表明A線圈中有感應(yīng)電流。如果在開關(guān)S閉合后，迅速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，指針也偏轉(zhuǎn)，A線圈中也有感應(yīng)電流。在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，磁鐵插入線圈時(shí)，線圈中的磁通增加；磁鐵從線圈中拔出時(shí)，線圈中的磁通減小。這兩種情況下線圈中都有感應(yīng)電流。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，B線圈中電流迅速變化，引起A線圈中磁通也迅速變化，于是A線圈中也有感應(yīng)電流。從上面兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出，感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁通的變化有關(guān)。當(dāng)穿過閉合電路的磁通發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中就有感應(yīng)電流。171二、楞次定律在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)條形磁鐵插入或拔出時(shí)，檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向是相反的，如果改變磁鐵極性，檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向也會(huì)隨之改變。在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，開關(guān)S接通或斷開瞬間，檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向也是相反的，那么，感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān)呢?楞次定律指出了磁通的變化與感應(yīng)電動(dòng)勢在方向上的關(guān)系，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通的變化。172三、法拉第電磁感應(yīng)定律磁鐵插入或拔出的速度越快，指針偏轉(zhuǎn)角度越大，反之越小。而磁鐵插入或拔出的速度，反映的是線圈中磁通變化的速度。即線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈中磁通的變化率成正比，這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。用ΔΦ表示時(shí)間間隔Δt內(nèi)一個(gè)單匝線圈中的磁通變化量，則一個(gè)單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為如果線圈有N匝，則感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為173四、直導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢的方向可用右手定則判斷。如圖所示，平伸右手，拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿入掌心，拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。174右手定則當(dāng)導(dǎo)體、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向三者互相垂直時(shí)，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢為e=Blv如果導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向有一夾角α，如圖所示，則導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢為e=Blvsinα175導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向有一個(gè)夾角α由上式可知，當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁感線垂直時(shí)（α=90°），導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢最大；當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向與磁感線平行時(shí)（α=0°），導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢為零。發(fā)電機(jī)就是應(yīng)用導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的原理發(fā)電的，如圖所示。實(shí)際應(yīng)用中，將導(dǎo)線做成線圈，使其在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而得到連續(xù)的電流。176發(fā)電機(jī)原理圖課題三自感和互感177學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解自感現(xiàn)象、互感現(xiàn)象及其應(yīng)用。2.理解自感系數(shù)和互感系數(shù)的概念。3.理解同名端的概念，能判斷和測定互感線圈的同名端。178一、自感1.自感現(xiàn)象由于流過線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為自感電動(dòng)勢，用eL表示，自感電流用iL表示。自感電動(dòng)勢的方向可結(jié)合楞次定律和右手螺旋定則來確定。1792.自感系數(shù)當(dāng)線圈中通入電流后，這一電流使每匝線圈所產(chǎn)生的磁通稱為自感磁通。同一電流通入結(jié)構(gòu)不同的線圈時(shí)，所產(chǎn)生的自感磁通是不相同的。為了衡量不同線圈產(chǎn)生自感磁通的能力，引入自感系數(shù)（也稱電感）這一物理量，用L表示，它在數(shù)值上等于一個(gè)線圈中通過單位電流所產(chǎn)生的自感磁通。即式中，N為線圈的匝數(shù)；Φ為每一匝線圈的自感磁通；L的單位是亨利，用H表示，常用較小的單位有毫亨（mH）和微亨（μH）。180一般高頻電感器的電感較小，為0.1~100μH；低頻電感器的電感為1~30mH。線圈的電感是由線圈本身的特性決定的。線圈越長，單位長度上的匝數(shù)越多，截面積越大，電感就越大。有鐵芯的線圈，其電感要比空心線圈的電感大得多?？招木€圈的結(jié)構(gòu)一定時(shí)，可近似地看成線性電感；而有鐵芯的線圈，其電感不是一個(gè)常數(shù)，這種電感稱為非線性電感。1813.自感電動(dòng)勢自感現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象的一種特殊情況，它也遵從法拉第電磁感應(yīng)定律。將NΔΦ=LΔI代入e=，可得自感電動(dòng)勢大小的計(jì)算式為上式表明，自感系數(shù)不變時(shí)，自感電動(dòng)勢的大小與電流的變化率成正比，電流變化率越大，自感電動(dòng)勢越大，反之亦然。所以電感L也反映了線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢的能力。182自感現(xiàn)象在各種電氣設(shè)備和無線電技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用，例如，熒光燈鎮(zhèn)流器就是利用線圈自感現(xiàn)象工作的。自感現(xiàn)象也有不利的一面，例如，在自感系數(shù)很大的電路（如大型電動(dòng)機(jī)的定子繞組）中，在切斷電路的瞬間，由于電流在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大的變化，會(huì)產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢，使開關(guān)閘刀和固定夾片之間的空氣電離從而產(chǎn)生電弧。這會(huì)燒壞開關(guān)，甚至危及人身安全。因此，切斷這一段電路，必須采用特制的安全開關(guān)。183二、互感1.互感現(xiàn)象和互感電動(dòng)勢在開關(guān)S閉合或斷開瞬間以及改變RP的阻值時(shí)，檢流計(jì)的指針都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這是因?yàn)楫?dāng)線圈A中的電流發(fā)生變化時(shí)，通過線圈的磁通也發(fā)生變化，該磁通的變化必然又影響線圈B，使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流。通常把這種由一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化而在另一線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，簡稱互感。由互感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為互感電動(dòng)勢，用eM表示。184線圈B中互感電動(dòng)勢的大小不僅與線圈A中電流變化率的大小有關(guān)，而且與兩個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)以及它們之間的相對位置有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)線圈相互垂直時(shí)，互感電動(dòng)勢最小。當(dāng)兩個(gè)線圈互相平行，且第一個(gè)線圈的磁通變化全部影響到第二個(gè)線圈時(shí)，稱為全耦合，此時(shí)的互感電動(dòng)勢最大。185式中M稱為互感系數(shù)，簡稱互感，單位和自感一樣，也是亨（H）。利用互感線圈可以很方便地把能量由一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈。變壓器、電壓互感器、電流互感器等都是利用互感現(xiàn)象制成的；收音機(jī)里的磁性天線也是利用互感現(xiàn)象把接收到的無線電信號由一個(gè)線圈傳遞到另一個(gè)線圈的。1862.互感線圈的同名端當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上線圈彼此耦合時(shí)，常常需要知道互感電動(dòng)勢的極性。雖然可用楞次定律來判斷，但比較復(fù)雜。尤其是對于已經(jīng)制造好的互感器，從外觀上無法知道線圈的繞向，判斷互感電動(dòng)勢的極性就更加困難。利用線圈同名端，可以很容易地判斷互感電動(dòng)勢的極性，了解線圈的繞向。通常把由于線圈繞向一致而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的極性始終保持一致的端子稱為線圈的同名端，用“·”或“?”表示。187在下圖中，1、4、5就是一組同名端。下面分析在開關(guān)S閉合瞬間各線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的極性。開關(guān)S閉合瞬間，線圈A有電流從1端流進(jìn)，根據(jù)楞次定律，在線圈A兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢，極性為左正右負(fù)。利用同名端可確定線圈B的4端和線圈C的5端皆為自感電動(dòng)勢的正端。188互感線圈的同名端3.互感線圈的連接兩個(gè)線圈的一對異名端相接稱為順串，如圖所示，這時(shí)兩個(gè)線圈的磁通方向是相同的，串接后的等效電感：L順=L1+L2+2M189兩個(gè)互感線圈順串有些具有中心抽頭的線圈，要求兩組線圈完全相同。為了滿足這一要求，可以用兩根相同的漆包線平行地繞在同一鐵芯上，然后再把兩個(gè)線圈的異名端接在一起作為中心抽頭。兩個(gè)線圈的一對同名端相接稱為反串，如圖所示，這時(shí)兩個(gè)線圈的磁通方向是相反的，串接后的等效電感：L反=L1+L2-2M190兩個(gè)互感線圈反串如果將兩個(gè)相同線圈的同名端接在一起，則兩個(gè)線圈所產(chǎn)生的磁通在任何時(shí)候都是大小相等而方向相反的，因而相互抵消。這樣接成的線圈就不會(huì)有磁通穿過。所以，在繞制電阻時(shí)，將電阻線對折，雙線并繞，就可以制成無感電阻，如圖所示。191無感電阻的繞制方法課題四鐵磁材料與磁路192學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解鐵磁材料的磁化以及磁化曲線、磁滯回線與鐵磁材料性能的關(guān)系。2.了解鐵磁材料的分類及應(yīng)用。3.理解磁動(dòng)勢和磁阻的概念以及磁路歐姆定律。4.熟悉電磁鐵的組成及應(yīng)用。193一、鐵磁物質(zhì)的磁化1.磁導(dǎo)率與鐵磁材料在兩種情況下吸力大小不同，前者比后者大得多。這表明不同的磁介質(zhì)對磁場的影響不同。影響的程度與磁介質(zhì)的導(dǎo)磁性能有關(guān)，磁導(dǎo)率就是一個(gè)用來表示磁介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，用μ表示，其單位為H/m（亨/米）。真空的磁導(dǎo)率μ0為一常數(shù)，為了比較磁介質(zhì)對磁場的影響，把任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱為相對磁導(dǎo)率，用μr表示，即194鐵、鈷、鎳、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等的相對磁導(dǎo)率μr遠(yuǎn)大于1，可達(dá)幾百甚至數(shù)萬以上，統(tǒng)稱為鐵磁材料；空氣、鋁、鉻等的μr稍大于1，氫、銅等的μr稍小于1，統(tǒng)稱為非鐵磁材料。1952.鐵磁材料的磁化小鐵片靠近磁鐵一段時(shí)間后就有了磁性，但小銅片就沒有這樣的效果。使原來沒有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程稱為磁化。只有鐵磁材料才能被磁化，而非鐵磁材料是不能被磁化的。這是因?yàn)殍F磁材料物質(zhì)可以看作由許多被稱為磁疇的小磁體所組成。在無外磁場作用時(shí)，磁疇排列雜亂無章，磁性相互抵消，對外不顯磁性，如圖a所示。但在外磁場作用下，磁疇就會(huì)沿著外磁場方向變成整齊有序的排列，所以整體也就具有了磁性，如圖b所示。196197鐵磁物質(zhì)的磁化a）不帶磁性的鐵片b）鐵片被磁化二、磁化曲線與磁滯回線在實(shí)際應(yīng)用中，總是利用電流產(chǎn)生的磁場來使鐵磁材料磁化。例如，在通電線圈中放入鐵芯，鐵芯就被磁化了，如圖a所示。當(dāng)一個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)、形狀、匝數(shù)都已確定時(shí)，線圈中的磁通Φ隨電流I變化的規(guī)律可用Φ—I曲線來表示，稱為磁化曲線，如圖b所示。它反映了鐵芯的磁化過程。198磁化實(shí)驗(yàn)與磁化曲線a）利用電流產(chǎn)生的磁場磁化鐵芯b）磁化曲線當(dāng)I=0時(shí)，Φ=0；當(dāng)I增加時(shí)，Φ隨之增加。但Φ與I的關(guān)系是非線性的。曲線Oa段較為陡峭，Φ隨I近似成正比增加。b點(diǎn)以后的部分近似平坦，這表明即使再增大線圈中的電流I，Φ也近似不變，鐵芯磁化到這種程度稱為磁飽和。a點(diǎn)到b點(diǎn)是一段彎曲的部分，稱為曲線的膝部。這表明從未飽和到飽和是逐步過渡的。199各種電器的線圈中，一般都裝有鐵芯以獲得較強(qiáng)的磁場。而且在設(shè)計(jì)時(shí)，常常是將其工作磁通取在磁化曲線的膝部，以便使鐵芯能在未飽和的前提下，充分利用其增磁作用。為了盡可能增強(qiáng)線圈中的磁場，還常將鐵芯制成閉合的形狀，使磁感線沿鐵芯構(gòu)成回路，如圖所示。200鐵芯構(gòu)成的磁路在一個(gè)給定的線圈中，分別放入不同鐵磁材料制成的相同形狀的鐵芯，它們的磁化曲線是不相同的，因此，可以借助磁化曲線對不同鐵磁材料的磁化特性進(jìn)行比較。201如果線圈通入交變電流，就會(huì)產(chǎn)生交變磁場，線圈中的鐵芯也就會(huì)被反復(fù)磁化。在理想情況下，鐵芯中的Φ應(yīng)隨線圈中的電流I不斷重復(fù)地沿正、反兩條磁化曲線變化，如圖a所示。但實(shí)際并非如此，當(dāng)線圈中電流變化到零時(shí)，由于磁疇存在的慣性，鐵芯中的Φ并不為零，而是仍保留部分剩磁，如圖b中Ob及Oe所示。必須加反向電流，并達(dá)到一定數(shù)值，才能使剩磁消失，如圖b中Oc及Of所示。上述現(xiàn)象稱為磁滯，下圖b中的封閉曲線稱為磁滯回線。鐵芯在反復(fù)磁化的過程中，由于要不斷克服磁疇?wèi)T性將損耗一定的能量，稱為磁滯損耗，這將使鐵芯發(fā)熱。202203反復(fù)磁化和磁滯回線a）理想情況b）磁滯回線三、鐵磁材料的分類及應(yīng)用不同的鐵磁材料具有不同的磁滯回線，它們的用途也不相同，一般可分為硬磁材料、軟磁材料、矩磁材料三類，見下表。204鐵磁材料的分類205鐵磁材料的分類四、磁路與磁路歐姆定律1.磁路鐵磁材料具有很強(qiáng)的導(dǎo)磁能力，所以常常將鐵磁材料制成一定形狀（多為環(huán)狀）的鐵芯。這樣就為磁通的集中通過提供了路徑。磁通所通過的路徑稱為磁路。如圖所示為幾種電氣設(shè)備的磁路。206幾種電氣設(shè)備的磁路a）磁電系儀表b）變壓器c）電動(dòng)機(jī)磁路可分為無分支磁路和有分支磁路。上圖a、b所示為無分支磁路，上圖c所示為有分支磁路。磁路中除鐵芯外往往還有一小段非鐵磁材料，例如空氣隙等。由于磁感線是連續(xù)的，所以通過無分支磁路各處橫截面的磁通是相等的。利用鐵磁材料可以盡可能地將磁通集中在磁路中，但是與電路比較，磁路的漏磁現(xiàn)象要比電路的漏電現(xiàn)象嚴(yán)重得多。全部在磁路內(nèi)部閉合的磁通稱為主磁通，部分經(jīng)過磁路周圍物質(zhì)而自成回路的磁通稱為漏磁通。在漏磁不嚴(yán)重的情況下可將其忽略，只考慮主磁通，如圖所示。207208主磁通和漏磁通通電線圈的匝數(shù)越多，電流越大，磁場越強(qiáng)，磁通也就越多。通常把通過線圈的電流I和線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁動(dòng)勢，用Fm表示，即Fm=IN磁動(dòng)勢的單位是安培（A）。電路中有電阻，磁路中也有磁阻。磁阻就是磁通通過磁路時(shí)所受到的阻礙作用，用符號Rm表示。與導(dǎo)體的電阻相似，磁路中磁阻的大小與磁路的長度l成正比，與磁路的橫截面積S成反比，并與組成磁路材料的磁導(dǎo)率有關(guān)，其公式為式中，μ、l、S的單位分別為H/m、m、m2，磁阻Rm的單位為1/亨（H-1）。2092.磁路歐姆定律