《磁的基本概念》課件

磁的基本概念磁是一種看不見(jiàn)摸不著的物質(zhì)，但它卻在我們的生活中無(wú)處不在。從指南針到磁懸浮列車(chē)，磁都發(fā)揮著重要作用。by什么是磁場(chǎng)磁力磁場(chǎng)是磁體或電流周?chē)嬖诘目臻g，在這個(gè)空間中，磁體或電流會(huì)對(duì)其他磁體或電流產(chǎn)生力的作用。地球磁場(chǎng)地球本身就是一個(gè)巨大的磁體，它的磁場(chǎng)保護(hù)我們免受太陽(yáng)風(fēng)的傷害，并產(chǎn)生美麗的極光。電磁場(chǎng)電流也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因此電磁鐵可以利用電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備。磁場(chǎng)的基本性質(zhì)磁場(chǎng)的力的性質(zhì)磁場(chǎng)對(duì)磁體或電流有力的作用，使磁體或電流在磁場(chǎng)中發(fā)生運(yùn)動(dòng)。磁場(chǎng)方向與磁力方向不同，磁場(chǎng)方向是磁體或電流受到力的方向。磁場(chǎng)的疊加性多個(gè)磁場(chǎng)疊加，疊加后的磁場(chǎng)方向與磁場(chǎng)疊加方向有關(guān)，磁場(chǎng)強(qiáng)度是矢量疊加。磁場(chǎng)疊加是磁場(chǎng)的重要性質(zhì)，可以解釋許多磁現(xiàn)象，比如磁鐵之間的相互作用。磁場(chǎng)的描述方法描述磁場(chǎng)主要依靠磁感線和磁感強(qiáng)度兩個(gè)概念。1磁場(chǎng)線磁場(chǎng)中用來(lái)描述磁場(chǎng)方向和強(qiáng)弱的曲線2磁感強(qiáng)度描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量磁感線和磁感強(qiáng)度磁感線是用來(lái)描述磁場(chǎng)的一種形象化的工具。磁感線是假想的曲線，它在空間中任何一點(diǎn)的方向都與磁場(chǎng)的方向一致。磁感強(qiáng)度是用來(lái)描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱程度的物理量，它的大小和方向都與磁場(chǎng)的方向一致。磁感線的疏密程度可以反映磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁感線越密集，磁場(chǎng)越強(qiáng)；磁感線越稀疏，磁場(chǎng)越弱。磁感強(qiáng)度的單位是特斯拉（T）。磁感線的特點(diǎn)封閉性磁感線都是閉合曲線，沒(méi)有起點(diǎn)和終點(diǎn)，形成連續(xù)的環(huán)路。不相交任何兩條磁感線都不會(huì)相交，因?yàn)榇艌?chǎng)在一點(diǎn)只有一個(gè)方向。方向磁感線的方向代表磁場(chǎng)的方向，從N極出發(fā)，指向S極。疏密磁感線的疏密程度反映了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁感線密集的地方磁場(chǎng)強(qiáng)，磁感線稀疏的地方磁場(chǎng)弱。磁感強(qiáng)度的定義磁感強(qiáng)度是描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱程度的物理量。磁感強(qiáng)度用字母B表示，單位是特斯拉(T)。1特斯拉(T)等于1牛頓/(安培·米)。磁感強(qiáng)度的計(jì)算磁感強(qiáng)度可以根據(jù)不同的情況采用不同的計(jì)算方法。例如，對(duì)于通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，可以使用安培定律進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于電流環(huán)產(chǎn)生的磁場(chǎng)，可以使用畢奧-薩伐爾定律進(jìn)行計(jì)算。1安培定律計(jì)算直導(dǎo)線磁場(chǎng)2畢奧-薩伐爾定律計(jì)算電流環(huán)磁場(chǎng)3磁偶極矩計(jì)算磁偶極子磁場(chǎng)4磁場(chǎng)疊加計(jì)算多個(gè)磁場(chǎng)疊加這些公式和計(jì)算方法在實(shí)際應(yīng)用中非常重要，可以用來(lái)設(shè)計(jì)和制造各種電磁設(shè)備。磁通量和磁通磁通量表示穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)。用Φ表示。磁通指穿過(guò)閉合曲面的磁通量，也稱(chēng)為磁鏈。公式Φ=B·S，其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為面積。磁通量和磁通的定義磁通量穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)，用Φ表示磁通通過(guò)閉合曲面的磁通量，也稱(chēng)為磁通量磁通量和磁通的計(jì)算磁通量磁通Φ=B·SΦ=N·ΦB為磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為磁場(chǎng)穿過(guò)面積N為線圈匝數(shù)單位為韋伯(Wb)單位為韋伯(Wb)磁性體和磁化11.磁性體物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的作用，有不同的磁性表現(xiàn)，稱(chēng)為磁性體，如鐵、鈷、鎳等。22.磁化在外磁場(chǎng)作用下，磁性體內(nèi)部磁疇的排列發(fā)生改變，使其獲得磁性的過(guò)程，稱(chēng)為磁化。33.磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度反映了磁性體磁化程度，通常用磁化強(qiáng)度矢量來(lái)表示。44.磁化曲線磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)的關(guān)系曲線，可以直觀反映磁性體的磁化特性。磁性體的種類(lèi)鐵磁性物質(zhì)鐵磁性物質(zhì)，如鐵、鈷、鎳等，在磁場(chǎng)中會(huì)被強(qiáng)烈磁化，磁化后能保持較強(qiáng)的磁性。順磁性物質(zhì)順磁性物質(zhì)，如鋁、鉑、氧氣等，在磁場(chǎng)中會(huì)被微弱磁化，磁化后磁性很弱，磁化消失后磁性也消失。磁性體的磁化曲線磁化曲線描述了磁性材料在外部磁場(chǎng)作用下磁化強(qiáng)度的變化情況。磁化強(qiáng)度是衡量磁性材料磁化程度的物理量，它與外部磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。磁化曲線反映了磁性材料的磁特性，包括磁導(dǎo)率、磁滯現(xiàn)象等。通過(guò)磁化曲線可以了解磁性材料在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下的磁化行為，從而選擇合適的磁性材料應(yīng)用于不同的磁場(chǎng)環(huán)境。磁場(chǎng)能量和磁能密度磁場(chǎng)能量磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量，取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)體積。磁能密度單位體積磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量，反映了磁場(chǎng)能量的集中程度。計(jì)算磁能密度可以通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)常數(shù)計(jì)算得出。磁場(chǎng)能量的定義磁場(chǎng)能量是指磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量，它與磁場(chǎng)的強(qiáng)度和磁場(chǎng)的體積有關(guān)。磁場(chǎng)能量可以理解為磁場(chǎng)對(duì)其中磁性物質(zhì)做功的能力。磁場(chǎng)能量可以通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁能密度來(lái)計(jì)算，其中磁能密度是指單位體積磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量。磁能密度的計(jì)算磁能密度是指單位體積磁場(chǎng)中所儲(chǔ)存的能量。磁能密度與磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁導(dǎo)率有關(guān)。1/2B2磁場(chǎng)強(qiáng)度平方μ磁導(dǎo)率磁性材料對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)磁能密度的公式為：w=(1/2)*B2/μ電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)1電流磁效應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這是電磁學(xué)的重要發(fā)現(xiàn)。2磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向由右手定則判斷，拇指指向電流方向，其余四指指向磁場(chǎng)方向。3磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流大小和距離成反比。4應(yīng)用電磁鐵、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等技術(shù)應(yīng)用。安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律描述了電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。它建立了電流與磁場(chǎng)之間的關(guān)系。環(huán)路積分安培環(huán)路定律使用環(huán)路積分來(lái)計(jì)算磁場(chǎng)。環(huán)路積分等于穿過(guò)環(huán)路的電流總量。應(yīng)用安培環(huán)路定律廣泛應(yīng)用于電磁學(xué)。它可以用于計(jì)算各種電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。安培環(huán)路定律的應(yīng)用電磁鐵電磁鐵是安培環(huán)路定律的重要應(yīng)用之一，可用于各種領(lǐng)域，例如電機(jī)、傳感器和醫(yī)療設(shè)備等。電流計(jì)電流計(jì)利用安培環(huán)路定律來(lái)測(cè)量電流，通過(guò)測(cè)量線圈周?chē)拇艌?chǎng)強(qiáng)度來(lái)判斷電流大小。磁懸浮列車(chē)磁懸浮列車(chē)?yán)秒姶帕κ沽熊?chē)懸浮，并通過(guò)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)列車(chē)前進(jìn)，安培環(huán)路定律為磁懸浮列車(chē)提供了理論基礎(chǔ)。電磁感應(yīng)定律11.變化磁場(chǎng)當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。22.法拉第定律感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小等于穿過(guò)閉合電路的磁通量變化率。33.楞次定律感應(yīng)電流的方向總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化。44.應(yīng)用電磁感應(yīng)現(xiàn)象是許多電磁器件工作的基礎(chǔ)，例如發(fā)電機(jī)、變壓器等。法拉第電磁感應(yīng)定律法拉第電磁感應(yīng)定律是電磁學(xué)中最重要的定律之一，它揭示了變化的磁場(chǎng)如何產(chǎn)生電場(chǎng)，從而導(dǎo)致電流的產(chǎn)生。法拉第電磁感應(yīng)定律指出，穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化率成正比，方向遵循楞次定律。1變化磁通量變化2感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3方向遵循楞次定律自感和互感自感當(dāng)線圈中電流發(fā)生變化時(shí)，線圈本身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)現(xiàn)象叫做自感。自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的匝數(shù)、電流變化率以及線圈的幾何形狀和材料有關(guān)。互感當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)在線圈周?chē)a(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，這個(gè)變化的磁場(chǎng)會(huì)穿過(guò)另一個(gè)線圈，并在另一個(gè)線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫做互感。互感電動(dòng)勢(shì)的大小與兩個(gè)線圈的匝數(shù)、電流變化率以及兩個(gè)線圈之間的距離和相對(duì)位置有關(guān)。自感和互感的概念1自感當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫做自感。2互感當(dāng)兩個(gè)線圈互相靠近時(shí)，一個(gè)線圈中的電流變化會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象叫做互感。3自感系數(shù)線圈的自感系數(shù)是衡量線圈自感能力大小的物理量，用L表示。4互感系數(shù)兩個(gè)線圈的互感系數(shù)是衡量?jī)蓚€(gè)線圈之間互感能力大小的物理量，用M表示。自感和互感的計(jì)算自感L=N2μS/l互感M=k√(L?L?)自感系數(shù)(L)由線圈匝數(shù)(N)、磁導(dǎo)率(μ)、線圈橫截面積(S)和線圈長(zhǎng)度(l)決定。互感系數(shù)(M)由兩個(gè)線圈的自感系數(shù)(L?，L?)和耦合系數(shù)(k)決定。變壓器工作原理1交變電流變壓器利用交變電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，進(jìn)而改變電壓。2磁場(chǎng)變化變化的磁場(chǎng)穿過(guò)線圈，感應(yīng)出新的電流。3電壓改變次級(jí)線圈感應(yīng)電流的電壓，根據(jù)線圈匝數(shù)比決定。變壓器的分類(lèi)按用途分類(lèi)變壓器根據(jù)用途可分為電力變壓器、控制變壓器、測(cè)量變壓器和特殊用途變壓器等。按電壓等級(jí)分類(lèi)根據(jù)電壓等級(jí)，變壓器可分為高壓變壓器、中壓變壓器和低壓變壓器。按結(jié)構(gòu)分類(lèi)按結(jié)構(gòu)，變壓器可分為干式變壓器、油浸式變壓器和特種變壓器等。按相數(shù)分類(lèi)變壓器根據(jù)相數(shù)，可分為單相變壓器、三相變壓器等。變壓器的應(yīng)用電力傳輸變壓器在電力系統(tǒng)中扮演著重要角色，用于升壓和降壓，提高電力傳輸效率，減少能量損失。電子設(shè)備變壓器廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中，例如手機(jī)充電器、電腦電源等，將高壓交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電供設(shè)備使用。工業(yè)自動(dòng)化變壓器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如在電焊機(jī)、電機(jī)控制等方面提供必要的電壓轉(zhuǎn)換。醫(yī)療設(shè)備一些醫(yī)療設(shè)備，例如磁共振成像儀（MRI）需要使用高壓電源，變壓器負(fù)責(zé)將電壓升高到所需水平。電磁波概述電磁波是由振蕩的電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互耦合形成的，它可以在真空中傳播。電磁波是一種橫波，電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互