电工基础磁场与电磁感应课件.ppt

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1、磁场的基本知识,课题一,1掌握磁体及其性质。,2掌握电流的磁效应及其规律。,3掌握磁场的基本物理量。,教学目标,一、磁体及其性质,1磁体与磁极,人们把物体能够吸引铁、镍、钴等金属及其合金的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。,磁体分天然磁体和人造磁体。,常见人造磁体,磁极之间也有相互作用力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。,磁极磁体两端磁性最强的部分。一个可以在水平面内自由转动的条形磁铁或小磁针，静止后总是一个磁极指南，一个磁极指北。指南的磁极称为指南极，简称南极（S）；指北的磁极称为指北极，简称北极（N）。,小磁针,任何磁体都有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割，磁体总是保持两个异性磁极

2、，也就是说，单独的N极或单独的S极是不存在的。,磁场磁体周围的空间存在着一种特殊的物质。它看不见、摸不着的，但是又具有一般物质所固有的一些属性（如力和能的特性）。,2磁场与磁感线,判断某空间是否存在磁场，一般可用一个小磁针来检验：能使小磁针转动，并总是停留在一个固定方向的空间都存在磁场。,（1）磁场,（2）磁感线,条形磁铁的磁感线,（1）磁感线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。,（2）磁感线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向，即小磁针N极所指的方向。,（3）磁感线的密疏程度表示磁场的强弱，即磁感线越密的地方磁场越强，反之越弱。磁感线均匀分布而又相互平

3、行的区称为均匀磁场，反之则称为非均匀磁场。,磁感线规定：,通常，平行于纸面的磁感线用带箭头的线段表示。垂直于纸面向里的磁感线用符号“”表示，垂直于纸面向外的磁感线用符号“”表示。,“磁感线的方向从N极指向S极。”这话对吗？为什么？,提示磁感线,磁感线试验,电流通过导体后必然产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。电流越大，产生的磁场越强。,二、电流的磁效应,电流磁效应,直导线电流产生的磁场,电流所产生的磁场方向，可以用安培定则（也称右手螺旋定则）来判断。,1磁感应强度B,为向量,2磁通,3磁导率,4磁场强度H,三、磁场的基本物理量,单位：特斯拉，简称特（T）。相量：方向为该点磁场的方向。,在磁场中

4、垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线有效长度l的乘积Il的比值，称为该点的磁感应强度，用符号B来表示，即：,1磁感应强度B,2磁通,BS,磁通 磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积。,单位：韦伯（Wb），简称韦。,BScos,磁导率用来表示媒介质导磁性能好坏的物理量，用符号表示，其单位是亨利米（Hm）。,3磁导率,真空的磁导率04107 Hm，且为一常数。,把任一物质的磁导率与真空磁导率的比值称为相对磁导率 用r表示，即：,相对磁导率是个比值，没有单位。它表明在其他条件相同的情况下，媒介质中的磁感应强度是真空中磁感应强度的多少倍，即=r0。,根据相对磁导率的大小，可把物质

5、分为两大类。,4磁场强度H,大气中的通电环形线圈：,大气中的通电环形线圈：,安培力是磁场对电流的作用力。,洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力。,安培力可以看作是作用在每个运动电荷上的洛伦兹力的合力，二者紧密地结合在一起，统称为电磁力。,通电的直导体周围存在磁场，它就成了一个磁体，把这个磁体放到另一个磁场中，它也会受到磁力的作用。这就是通常所说的“电磁生力”。,载流直导体在磁场中受到电磁力的作用,一、磁场对载流直导体的作用,电磁力通电导体在磁场中受到的作用力。,FBIlsin,F通电导体受到的电磁力，N；,B磁感应强度，T；,I导体中的电流强度，A；,l导体在磁场中的长度，m；,电流方向与磁感应线

6、的夹角。,90时，则sin901，导体受到的电磁力最大。,0 时，则sin00，导体受到的电磁力最小，等于零。,通电导体在磁场内的受力方向，可用左手定则来判断。,左手定则,学与用通电直导体间的电磁力,二、磁场对通电线圈的作用,把通电的线圈放到磁场中，磁场将对通电线圈产生一个电磁转矩，使线圈绕轴线转动。,磁场对通电线圈的作用,磁场对通电线圈的作用,学与用直流电动机原理,想一想,电视机、收音机中常用的是电动式扬声器，它是利用通电导线在磁场中受电磁力作用发生运动，带动空气振动而发声的，电动式扬声器由环形磁体、音圈、纸盆等组成。在环形磁铁的作用下，软铁柱和上下两个软铁板都被磁化，在它们的间隙中形成较强

7、的磁场，磁感线的方向呈辐射状。当大小和方向交替变化的电流通过音圈时，音圈就会在电磁力的作用下带动纸盆沿上下方向振动，发出声音。,电动式扬声器,三、磁场对运动电荷的作用,洛仑兹力运动电荷在磁场中受到的电磁力，用f表示。,在均匀磁场中，当电荷的运动方向与磁场方向垂直时，fqvB式中，q的单位是C，v的单位是m/s，B的单位是T，f的单位是N。,洛仑兹力的方向同样遵循左手定则。,用左手定则判定洛伦兹力的方向,运动电荷在磁场中受力的作用这一现象，在电子技术中得到了广泛的应用。电视机中的显像管及示波器中的显像管都是利用这一原理制成的。在显像管的颈部套有两对相互垂直的线圈，分别称为水平偏转线圈和垂直偏转线

8、圈。当两对线圈中分别通入交变电流时，由电子枪射出的电子束就会在线圈磁场的作用下，有规则地从左到右，从上到下的运动，完成整幅图像的扫描。,显像管示意图,磁铁材料,课题三,1了解铁磁材料的磁化。,2熟悉磁化曲线和磁滞回线。,3掌握铁磁材料的性质和分类方法。,4掌握铁磁材料的应用。,教学目标,使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。,一、铁磁材料的磁化,铁磁物质的磁化,铁磁物质的磁化,二、磁化曲线,磁化实验与磁化曲线,磁化曲线,B随H变化的过程可用曲线来表示，称为磁化曲线。磁化曲线反映了铁心的磁化过程。,硅钢片、铸钢、铸铁的磁化曲线,三、磁滞回线,铁磁材料被反复磁化，形成闭合的曲线，称为磁滞回线

9、。由于铁磁材料在反复磁化过程中，B的变化总是滞后于H的变化，所以，称这一现象为磁滞。,磁滞回线,四、铁磁材料的基本知识,1铁磁材料的磁性能,（1）能被磁体吸引。,（2）能被磁化，并且有剩磁和磁滞损耗。,（3）磁导率不是常数，每种铁磁材料都有一个最大值。,（4）磁感应强度B有一个饱和值Bm。,2铁磁材料的分类及其应用,不同铁磁材料的磁滞回线,小知识磁带录音原理,磁路欧姆定律,课题四,1掌握磁路的定义。,2熟悉磁路欧姆定律，了解其应用。,3掌握电磁铁及应用。,教学目标,一、磁路的基本概念,磁路,磁路磁通（磁感线）通过的闭合路径。,通过铁心的磁通称为主磁通，铁心外的磁通称为漏磁通。磁路按其结构不同，

10、可分为无分支磁路和分支磁路。,二、磁路欧姆定律,磁路欧姆定律,设励磁线圈的匝数为N，通过的电流为I，铁心的截面积为S，磁路的平均长度为l，则磁场强度为：,NI是产生磁通的能源，它相当于电路中的电动势，因此叫做磁通势，简称磁势，单位是(安米)。若线圈匝数为定值，则电流增大，磁势增强。,磁路欧姆定律：,电路和磁路的区别,在实际应用中，很多电气设备的磁路是通过几种不同的物质组成的。如图a所示电磁铁的磁路中，当衔铁未吸合时，磁通不但要经过铁心（磁阻为Rm1）和衔铁（磁阻为Rm2），还要两次通过宽度为的空气隙（磁阻为Rm气），其等效磁路如图b所示。此时，该磁路的欧姆定律可写成,三、电磁铁,电磁铁应用电流

11、产生磁场和磁能够吸引铁的现象而制成的一种电器。,1电磁铁的结构与原理,电磁铁的工作原理示意图,电磁铁的工作原理示意图,2电磁铁的特点,（1）动作迅速，灵敏，容易控制。,（2）励磁电流通过线圈时，呈现磁性，电流中断时，就失磁。,（3）励磁电流方向改变时，电磁铁的极性也发生改变，但吸力方向不变。,（4）励磁电流越大，线圈匝数越多，磁性越强，对衔铁的吸力越大。,学与用全自动洗衣机原理,2掌握电磁感应定律及应用。,电磁感应,课题五,1熟悉电磁感应现象。,教学目标,1直导体切割磁感线产生感应电动势,一、电磁感应现象,直导体切割磁感线,直导体切割磁感线,2穿过线圈的磁通发生变化产生感应电动势,穿过线圈的磁

12、通发生变化,穿过线圈的磁通发生变化,电磁感应由于磁通变化而在直导体或线圈中产生电动势的现象。,感应电动势由电磁感应产生的电动势，用e表示。,感应电流由感应电动势产生的电流，用i表示。,提示直导体向右切割磁感应线,二、感应电动势的计算,1直导体切割磁感线产生感应电动势,v导体切割磁感线的速度，ms；,B磁感应强度，T；,e感应电动势，V。,右手定则,（2）感应电动势方向的判定,应当注意，由于直导体中产生了感应电动势，因此必须把直导体（包括实验二中的线圈）看成是一个电源。在电源内部，感应电流从电源的负极流向正极，即感应电流方向与感应电动势的方向相同。,右手定则,式中 磁通的变化量，Wb。,2穿过线

13、圈的磁通发生变化产生感应电动势,（1）感应电动势大小的计算,磁通的变化率，表示磁通变化快慢的物理量。,t 磁通变化所需要的时间，s。,e 在t时间内感应电动势的平均值，V。,（2）感应电动势方向的判定,楞次定律感应电流的磁通总是阻碍原磁通的变化。,使用楞次定律的步骤,1首先确定原磁通的方向，以及原磁通的变化趋势；,2根据楞次定律判定感应电流产生的磁通方向；,3根据感应电流产生的磁通方向，应用安培定则判定感应电流的方向。,4根据感应电流的方向，确定感应电动势的方向。,一般来说，如果导体与磁感线之间有相对切割运动时，用右手定则判定感应电动势的方向较方便；如果导体与磁感线之间没有相对切割运动，只是穿

14、过闭合回路的磁通发生了变化，则要用楞次定律来判定感应电动势的方向。,如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长度为l的直导体AB，可沿平行导电轨道滑动。当导体以速度v向右匀速运动时，试确定导体中感应电动势的方向和大小。,解题过程,例5一1,想一想发电机原理,小知识动圈式话筒的构造原理,自感,课题六,1掌握自感的定义。,2掌握计算自感电动势大小的公式，会判断自感电动势的方向。,3掌握涡流和趋肤效应在生产实际中的应用。,教学目标,一、自感现象,合上开关，HL2比HL1亮的慢,由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用

15、eL表示，自感电流用iL表示。,断开开关，HL2和HL1慢慢熄灭,自感演示电路,仿真验证,自感电流产生的磁通称为自感磁通。,二、自感系数,为了衡量不同线圈产生自感磁通的本领，引入自感系数（也称电感）这一物理量，用L表示：,N线圈的匝数，匝；,每一匝线圈的自感磁通，Wb；,i流过线圈的电流，A；,1亨（H）103毫亨（mH）；,1毫亨（mH）103微亨（H）。,电感L是线圈的固有参数，它决定于线圈的匝数、几何尺寸以及线圈中介质的磁导率。线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，电感就越大。由于铁磁材料的磁导率不是一个常数，它是随磁化电流的不同而变化的量，所以，有铁心线圈的电感也不是一个常数，这

16、种电感称为非线性电感。电感为常数的线圈称为线性电感。,三、自感电动势,自感电动势的方向仍可以根据楞次定律来判定，即自感电动势的方向总是和外电流变化的趋势相反。,图a中，外电流i的变化趋势是增大的，自感电动势产生的电流iL就要阻碍外电流的增大，而与外电流方向相反；,自感电动势方向的判定,图b中，外电流i的变化趋势是减小的，则自感电动势产生的电流iL就与外电流方向相同。,四、RL电路过渡过程,在具有电感的电路中，电流不能发生突变，存在着过渡过程。,RL串联电路,趋肤效应是一种特殊的电磁感应现象。实验表明：直流电通过导线时，导线横截面上各处的电流密度相等。而当交流电通过导线时，导线中因电流产生的磁场

17、发生变化，从而产生自感电流，这时的自感电流将使导体中的电流分布趋向导体表面，这种现象称为趋肤效应。,趋肤效应,想一想,日光灯工作过程,互感,课题七,1掌握互感的定义。,2熟悉同名端的定义及应用。,3掌握互感的应用。,教学目标,一、互感现象,互感,互感,式中M称为互感系数，简称互感，单位和自感一样，也是H。,互感现象一个线圈中的电流发生变化而在另一线圈中产生电磁感应的现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势，用eM表示。,全耦合时，互感电动势最大：,由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的接线端称为线圈的同名端，用“”或“”表示。,互感线圈的同名端,互感线圈的同名端,二、

18、互感线圈的同名端,互感的应用一、判断互感线圈的同名端二、磁场的屏蔽,涡流 当在具有铁心的线圈中通入交流电时，就有交变的磁场穿过铁心，在铁心内部必然会形成感应电流。由于这种电流在铁心中自成闭合回路，且呈旋涡状，故称涡流。,变压器,课题八,1掌握变压器的基本结构。,2熟悉变压器的工作原理。,3熟悉变压器在实际中的应用。,教学目标,由闭合的软磁铁心和绕在铁心上的线圈组成，铁心和线圈之间是相互绝缘的。,一、变压器的基本结构,单相变压器的基本结构和符号,提示单相变压器的基本结构和符号,变压器的铁心因绕组放置的位置不同，可分成心式和壳式两种形式。,心式 壳式变压器的结构形式,1变压原理,二、变压器的工作原

19、理,变压器的工作原理,变压器的工作原理,上式表明，变压器一次侧、二次侧绕组的电压比等于它们的匝数比。比值n称为变压比或匝数比，简称变比。可见，对升压变压器n1。,电子仪器和设备上经常需要用电源变压器将220V的交流市电变换成电压较低的交流电，然后再经过整流电路变成所需要的直流电，所以电源变压器就成了很重要的元器件之一。,常见的电源变压器,行输出变压器,上式表明，变压器有载时，一次侧、二次侧绕组的电流比的倒数等于变比。或者说一次侧、二次侧绕组中的电流与一次侧、二次侧绕组的电压（或匝数）成反比。,2变流原理,当变压器只有一个二次侧绕组时，应满足：,U1I1=U2I2,解题过程,例52,一台单相变压

20、器的一次侧电压U1=3kV，变比n=15，求二次侧电压U2为多大？当二次侧电流I2=60A时，一次侧电流为多大？,3阻抗变换原理,变压器的阻抗变换原理,忽略变压器的损耗，有,又因为：,在变压器二次侧接上负载RL，就相当于在电源两端直接接上一个RLn2RL的负载。RL称为负载阻抗RL折合到一次侧的交流等效阻抗，其大小等于实际负载阻抗的n2倍。,利用变压器能够变换阻抗的特性，人们常用来在电子电路（如收音机）中实现阻抗匹配，收音机所用的扬声器，一般阻抗只有几欧或十几欧，而收音机的输出阻抗却有几千欧，这就需要通过输出变压器连接负载，以获得收音机所要求的阻抗值，实现阻抗匹配，从而保证负载获得最大功率。,另外，在收音机中，前级放大器和后级放大器之间也会遇到阻抗匹配问题，这时也是利用变压器来实现阻抗变换的，这种变压器常称为中周变压器，简称“中周”。,变压器在收音机中的应用,