電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）課件：磁場與電磁感應(yīng)

磁場與電磁感應(yīng)磁場及其基本物理量§2—1電磁感應(yīng)定律§2—2自感與互感§2—3§2—1?磁場及其基本物理量一、磁體及其性質(zhì)某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等金屬或它們的合金的性質(zhì)稱為磁性。具有磁性的物體稱為磁體。磁體分為天然磁體和人造磁體兩大類。常見的人造磁體有條形磁體、蹄形體和磁針等，如圖所示。常見人造磁體a）條形磁體?b）蹄形磁體?c）磁針磁體兩端磁性最強(qiáng)的部分稱為磁極。與電荷間的相互作用力相似，當(dāng)兩個(gè)磁極靠近時(shí)，它們之間也會(huì)產(chǎn)生相互作用的力，其具體規(guī)律是：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。磁極都是成對(duì)出現(xiàn)的二、磁場與磁感線1.磁場兩個(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。用鐵屑模擬磁場分布2.磁感線磁場的分布常用磁感線來描述，如圖所示。磁感線a）條形磁體的磁感線?b）蹄形磁體的磁感線所謂磁感線，就是為形象地描述磁場的強(qiáng)弱和方向而在磁場中畫出的一些有方向的假想曲線。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。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)域和磁場稱為均勻磁場。均勻磁場磁感線方向與磁場方向三、電流的磁場不僅磁體能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場，這種現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。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。通電直導(dǎo)線的磁效應(yīng)?通電線圈的磁效應(yīng)1.通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場如圖a所示，用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，則彎曲的四指所指的方向就是磁場的方向。2.通電螺線管產(chǎn)生的磁場如圖b所示，用右手握住通電螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，則大拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁場的方向，也就是通電螺線管的磁場N極的方向。電流的磁場a）直線電流的磁場?b）環(huán)形電流的磁場四、表征磁場的物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁體在磁場中會(huì)受到力的作用，電流能產(chǎn)生磁場，它相當(dāng)于一個(gè)磁體，如果把這個(gè)磁體放到另一個(gè)磁場中，它一定會(huì)受到力的作用。磁場對(duì)通電導(dǎo)體作用的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電流在磁場中所受電磁力的大小F，既與導(dǎo)線長度

l成正比，又與電流I

成正比，即與I和l

的乘積Il

成正比。在磁場中，垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受電磁力F

與電流I

和導(dǎo)線長度l

的乘積Il的比值稱為該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B

表示，即式中?B——磁感應(yīng)強(qiáng)度，T；

F——通電導(dǎo)體受到的電磁力，N；

I——導(dǎo)體中的電流，A；

l——導(dǎo)體在磁場中的有效長度，即在磁感線垂直方向上的投影長度，m。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。磁感線的疏密程度可以大致反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。在同一個(gè)磁場的磁感線分布圖上，磁感線越密的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大。2.磁通設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

的均勻磁場中，有一個(gè)與磁場方向垂直的平面，面積為S，如圖所示，把B與S

的乘積定義為穿過這個(gè)面積的磁通量，簡稱磁通。用Φ

表示磁通，則有Φ=BS磁通的單位是韋伯（Wb），簡稱韋。從Φ?=?BS，可以得到?。這表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，單位為Wb/m2。均勻磁場通過與其垂直的平面3.磁導(dǎo)率（1）概念磁導(dǎo)率就是一個(gè)用來表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，用μ

表示，其單位為亨/米（H/m）。由實(shí)驗(yàn)測得真空中的磁導(dǎo)率μ0?=?4π×10-7?H/m，為一常數(shù)。為了比較媒介質(zhì)對(duì)磁場的影響，把任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱作相對(duì)磁導(dǎo)率，用μr表示，即（2）按照相對(duì)磁導(dǎo)率分類其中，順磁物質(zhì)與反磁物質(zhì)一般被稱為非鐵磁性材料。物質(zhì)按照相對(duì)磁導(dǎo)率的分類（3）磁化及應(yīng)用使原來沒有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程稱為磁化。當(dāng)外磁場消失后，磁疇又呈雜亂無章狀的現(xiàn)象稱為退磁。鐵磁物質(zhì)的磁化a）不顯磁性的磁疇?b）被磁化的磁疇鐵磁材料的用途§2—2?電磁感應(yīng)定律一、感應(yīng)電流的產(chǎn)生及方向判斷1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象手搖發(fā)電電筒的結(jié)構(gòu)原理示意圖1—聚焦鏡片?2—電筒殼體?3—燈泡（發(fā)光二極管）4—電路板?5—銅片開關(guān)?6—預(yù)留的電池倉?7—橡膠減振圈?8—線圈?9—強(qiáng)力磁鐵利用磁場產(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。電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)a）磁鐵插入線圈?b）磁鐵拔出線圈2.利用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向磁鐵的插入和拔出導(dǎo)致線圈中的磁通發(fā)生了變化，這是線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的根本原因。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)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。二、感應(yīng)電動(dòng)勢及方向判斷1.法拉第電磁感應(yīng)定律線圈中感應(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2.感應(yīng)電動(dòng)勢的方向和大小導(dǎo)體在磁場中切割磁感線時(shí)，如果其運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向有一夾角α（見圖），則導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢為e?=?Blvsinα上式中l(wèi)

為直導(dǎo)體長度，v

為直導(dǎo)體速度。導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢右手定則判斷感應(yīng)電動(dòng)勢方向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向夾角α§2—3?自感與互感自感實(shí)驗(yàn)電路a）合上開關(guān)，HL2比HL1亮得慢?b）斷開開關(guān)，燈泡閃亮一下才熄滅一、自感現(xiàn)象當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢總是阻礙線圈中原來電流的變化。這種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。二、自感系數(shù)與自感電動(dòng)勢1.自感系數(shù)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)（簡稱自感，也稱電感）這一物理量，用L

表示，它在數(shù)值上等于線圈中通過單位電流所產(chǎn)生的自感磁通。即式中?N——線圈的匝數(shù)；

Φ——每一匝線圈的自感磁通，Wb。L

的單位是亨利，用H表示。常采用較小的單位毫亨（mH）和微亨（μH）。2.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，它同樣遵從法拉第電磁感應(yīng)定律。將NΦ?=?LI代入eL=，可得自感電動(dòng)勢大小的計(jì)算式為三、互感現(xiàn)象和互感電動(dòng)勢由一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化而使另一線圈中產(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e