磁场与电磁感应课件.ppt

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1、,4,1,磁场,4,2,磁场对电流的作用,4,3,电磁感应,4,4,自感和互感,4,5,铁磁材料与磁路,1.,能应用右手螺旋定则正确判断通电长直导线和,通电螺线管的磁场方向。,2.,理解磁感应强度、磁通、磁导率的概念。,4,1,磁,场,一、磁场与磁感线,当两个磁极靠近时,它们之间会发生相互作用,:,同名,磁极相互排斥,异名磁极相互吸引,。,两个磁极互不接触,却存在相互作用力,这是因为在,磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质,磁场,。,用一些互不交叉的闭合曲线来描述磁场,这样的曲线称,为,磁感线,。,磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向。磁感,线在磁体外部由,N,极指向,S,极,在磁体内部

2、由,S,极指向,N,极。,磁感线的疏密程度表现了各处磁场的强弱。,蹄形磁铁的磁感线,条形磁铁的磁感线,磁感线的概念,磁感线的实验,在磁场的某一区域里,如果磁感线是一些方向相同分,布均匀的平行直线,则称这一区域为,匀强磁场,。,匀强磁场,二、电流的磁场,电流周围存在着磁场。电流产生磁场的这种现,象称为,电流的磁效应,。,通电导线使磁针偏转,电流的磁效应,通电长直导线及通电螺线管周围的磁场方向可用,右手,螺旋定则,(,也称,安培定则,),来确定。,三、磁场的主要物理量,磁场的强弱用,磁感应强度,来描述,符号为,B,单位,是特斯拉,(T),简称特。,某点处磁感应强度的方向,就是该点的磁场方向。,磁场

3、越强,磁感应强度越大；磁场越弱,则磁感应,强度越小。,1.,磁感应强度,2.,磁通,设在磁感应强度为,B,的匀强磁场中,有一个与磁场方,向垂直的平面,面积为,S,则把,B,与,S,的乘积定义为穿过这,个面积的磁通量，简称磁通。用,表示磁通,则有,平面与,B,垂直,平面与,B,不垂直,磁通,如果磁场不与所讨论的平面垂直,则应以这个平面在垂直,于磁场,B,的方向的投影面积,S,与,B,的乘积来表示磁通。,由,=,BS,可得,B,=,/,S,这表示磁感应强度等于穿过,单位面积的磁通,所以磁感应强度又称,磁通密度,。,当面积一定时,该面积上的磁通越大,磁感应强度越,大,磁场越强。,3.,磁导率,磁导率

4、,就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量,用,表示,其单位为,H/m(,亨,/,米,),。,为了比较媒介质对磁场的影响,把任一物质的磁导,率与真空的磁导率的比值称作相对磁导率,用,r,表示,即,:,1.,理解磁场对电流的作用力,(,电磁力,),，能用左手,定则正确判断电磁力的方向。,2.,了解磁场对通电线圈的作用及其应用。,4,2,磁场对电流的作用,一、磁场对通电直导体的作用,通常把通电导体在磁场中受到的力称为,电磁力,也称,安培力,。,通电导线长度一定时,电流越大,电流所受电磁力,越大；电流一定时,通电导线越长,电磁力也越大。,通电直导体在磁场中受到的电磁力,载流直导体在磁场中受到电磁力的作

5、用,通电直导体在磁场内的受力方向可用,左手定则,来,判断。,左手定则,电磁力的计算式为,电流方向与磁场,方向有一夹角,当电流方向与磁场方向垂直时,电流所受的电磁力最大。,二、通电平行直导线间的作用,通入同方向电流的,通入反方向电流的,平行导线相互吸引,平行导线相互排斥,通电直导体,间的电磁力,三、磁场对通电线圈的作用,磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本原理。,直流电动机的原理,磁电式仪表的结构,磁场对通电线圈的作用,磁悬浮列车,磁悬浮原理,磁推进原理,磁悬浮列车,1.,理解感应电动势的概念,能用右手定则正确判,断感应电动势的方向。,2.,掌握楞次定律及其应用,理解法拉第电磁感应,定律。

6、,4,3,电磁感应,一、电磁感应现象,条形磁铁快速插入线圈,条形磁铁快速拔出线圈,电磁感应现象,电磁感应现象,这种磁场产生电流的现象称为,电磁感应,现象,产生的电,流称为,感应电流,产生感应电流的电动势称为,感应电动势,。,感应电流的产生与磁通的变化有关。,当穿过闭合电路的,磁通发生变化时,闭合电路中就有感应电流。,二、楞次定律,楞次定律指出了磁通的变化与感应电动势在方向,上的关系,即：,感应电流产生的磁通总要阻碍引起感,应电流的磁通的变化。,如果把线圈看成是一个电源,则,感应电流流出端,(,如图中线圈的下端,),为电源的正极。,三、法拉第电磁感应定律,法拉第电磁感应定律：,线圈中感应电动势的

7、大小与,线圈中磁通的变化率成正比。,N,匝线圈的感应电动势的大小为,感应电动势的方向需要根据楞次定律进行判定,在电路,计算中,应根据实际方向与参考方向的关系确定其正负。,四、直导线切割磁感线产生感应电动势,导体切割磁感线产生感应电动势,直导体切割磁感线,感应电动势的方向可用右手定则判断。,如图所示,平伸右手,大拇指与其余四指垂直,让磁感线穿入掌心,大拇指指向导体运,动方向,则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。,右手定则,如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角,，则导,体中的感应电动势为,当导体、导体运动方向和磁感线,方向三者互相垂直时,导体中的感应,电动势为,导体运动方向与磁感,线方向有一

8、个夹角,发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理,发电的。,发电机原理示意图,发电机的原理,霍尔元件,霍尔效应,利用霍尔元件制成的位置传感器,霍尔元件的应用,冲床磁感应电子计数器示意图,1.,了解自感现象、互感现象及其应用。,2.,理解自感系数和互感系数的概念。,3.,理解同名端的概念,能正确判断和测定互感线,圈的同名端。,4,4,自感和互感,一、自感,1.,自感现象,自感实验电路一,自感,这种由于流过线圈自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,e,L,表示,自感电流用,i,L,表示。,自感电动势的方向可

9、,结合楞次定律,和,右手螺旋定,则,来确定。,2.,自感系数,当线圈中通入电流后,这一电流使每匝线圈所产生的磁,通称为,自感磁通,。,为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力,引入,自感系数,(,又称,电感,),这一物理量,用,L,表示,它在数值上等于一个线,圈中通过单位电流所产生的自感磁通。即,有铁心的线圈,其电感要比空心线圈的电感大得多。,3.,自感电动势的大小,自感现象是一种特殊的电磁感应现象,它必然也遵从法,拉第电磁感应定律。自感电动势大小的计算式为,自感电动势的大小与电流的变化率和自感系数之积成,正比,电流变化率越大,自感电动势越大,反之亦然。所以，,电感,L,也反映了线圈产生自感电动势的

10、能力。,自感电动势的方向应根据楞次定律判定。,二、互感,1.,互感现象,互感实验电路,这种由一个线圈中的电流发生变化而在另一线圈中产生,电磁感应的现象称为,互感现象,简称,互感,。由互感产生的感,应电动势称为,互感电动势,用,e,M,表示。,互感,为描述一个线圈电流的变化在另一个线圈中产生互感电动,势的能力,引入,互感系数,(,简称,互感,),这一物理量,用,M,表示,互,感的单位也是,H,。,互感系数与两个线圈的匝数、几何形状、相对位置以及周,围介质等因素有关。,2.,互感电动势的大小和方向,互感现象遵从法拉第电磁感应定律。互感电动势大小,的计算式为,互感电动势方向也应根据楞次定律判定。,3

11、.,同名端,由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保,持一致的端子称为线圈的,同名端,用“”或“,*,”表示。,互感线圈的同名端,互感线圈的同名端,4.,互感线圈的连接,两个线圈的一对异名端相接称为,顺串,这时两个线圈的磁,通方向是相同的。串接后的等效电感,两个互感线圈顺串,两个线圈的一对同名端相接称为,反串,这时两个线圈的,磁通方向是相反的。串接后的等效电感,两个互感线圈反串,如果将两个相同线圈的同名端接在一起,则两个线圈所,产生的磁通在任何时候都是大小相等而方向相反,因而相,互抵消。这样接成的线圈就不会有磁通穿过。,在绕制电阻时,将电阻线对折,双线并绕，就可以制成,无感电阻,。,无感电

12、阻,在有铁心的线圈中通入交流电时,就有交变的磁场穿过,铁心,这时会在铁心内部产生自感电动势并形成电流,由于,这种电流形如旋涡,故称涡流。,一、涡流,高频感应炉冶炼金属,家用电磁炉示意图,涡流的利用,单层铁心涡流损耗大,多层铁心涡流损耗小,采用多层铁心减小涡流损耗,二、互感器,互感器有两个或两个以上绕组,它利用互感原理使交流,电从一个绕组传向另一个,(,或几个,),绕组,以实现电能或信号的,“隔空”,传递。,多绕组变压器,钳形电流表,互感原理的应用示例,电流互感器,电压互感器,收音机中的中,频变压器,互感原理的应用示例,漏电保护器原理图,三极,(,组合式,),二极,两种漏电保护器外形,三、汽车点

13、火线圈,汽车点火线圈的外形,点火线圈的电路结构,1.,理解铁磁材料的磁化以及磁化曲线、磁滞回线,与铁磁材料性能的关系。,2.,了解铁磁材料的分类及应用。,3.,理解磁动势和磁阻的概念及磁路欧姆定律。,4,5,铁磁材料与磁路,一、铁磁物质的磁化,使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为,磁化,。,只,有铁磁材料才能被磁化，,而非铁磁性材料是不能被磁化的。,这是因为铁磁物质可以看作由许多被称为,磁畴,的小磁体所,组成。,当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时,线圈中的磁,通,随电流,I,变化的规律可用,I,曲线来表示,称为,磁化,曲线,。它反映了铁心的磁化过程。,利用电流产生的磁场磁化铁心,磁化曲线

14、,磁化实验与磁化曲线,曲线,Oa,段较为陡峭,随,I,近似成正比增加。,b,点以后的部分近似平坦,这表明即使再增大线圈中的电流,I,也已近似不变了,铁心磁化到这种程度称为,磁饱和,。,a,点到,b,点是一段弯曲的部分,称为曲线的,膝部,。这表明从未饱,和到饱和是逐步过渡的。,磁化曲线,磁化曲线,各种电器的线圈中,一般都装有铁心以获得较强的磁场。,为了尽可能增强线圈中的磁场,还常将铁心制成闭合的,形状,使磁感线沿铁心构成回路。,磁感线沿铁心构成回路,理想情况,实际情况,反复磁化和磁滞回线,当线圈中电流变化到零时,由于磁畴存在惯性,铁心中,的 并不为零,而是仍保留部分剩磁,如图,b,中的,b,、,

15、e,两点。,此时必须加反向电流,并达到一定数值,(,图,b,中,c,、,f,两点,),才能使剩磁消失。,上述现象称为,磁滞,图,b,中的封闭曲线称为,磁滞回线,。,铁心在反复磁化的过程中,由于要不断克服磁畴惯性将损,耗一定的能量,称为,磁滞损耗,这将使铁心发热。,二、铁磁材料的分类,三、磁路与磁路欧姆定律,1.,磁路,磁通所通过的路径称为,磁路,。,磁电系仪表,变压器,电动机,几种电气设备的磁路,磁路可分为无,分支磁路,和,有分支磁路,。,全部在磁路内部闭合的磁通称,主磁通,部分经过磁路周围,物质而自成回路的磁通称为,漏磁通,。,由于制造和结构上的原因,磁路中常有气隙,当气隙很小时,气隙中的磁

16、感线是平行而均匀的,只有极少数磁感线扩散出去,形成所谓的,边缘效应,。,主磁通、漏磁通和边缘效应,磁阻,就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用,用符号,R,m,表示。,磁路中磁阻的大小与磁路的长度,L,成正比,与磁路的横,截面积,S,成反比,并与组成磁路材料的磁导率有关,其公式,为,2.,磁路欧姆定律,通过磁路的磁通与磁动势成正比,而与磁阻成反比,称,磁路欧姆定律,，即,如果磁路中有,空气隙,由于空气隙的磁阻远比铁磁材料,的磁阻大,整个磁路的磁阻会大大增加,若要有足够的磁通,就必须增大励磁电流或增加线圈的匝数,即增大磁动势。,由于铁磁材料磁导率的非线性,磁阻,R,m,不是常数,所以,磁路欧姆定律只

17、能对磁路作定性分析,。,磁路和电路的比较,四、电磁铁,电磁铁是利用通有电流的铁心线圈对铁磁性物质产,生电磁吸力的装置。它们都是由线圈、铁心和衔铁三个,基本部分组成。,马蹄式,(,起重电磁铁,),拍合式,(,继电器,),螺管式,(,电磁阀,),电磁铁的几种结构形式,电磁铁的工作原理,电磁继电器,平面磨床吸盘,电磁铁和电磁吸盘,起重电磁铁,直流电磁铁和交流电磁铁的比较,本章小结,1.,磁铁周围和电流周围都存在着磁场。磁感线能形象地描,述磁场,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。磁感线上一点的切线方向表示该点,的磁场方向。,2.,电流产生的磁场

18、方向可用安培定则判断。磁场对处在其,中的载流导体有作用力,其方向用左手定则判断,电磁力的大小,为,F,=,BIl,sin,式中,为载流直导体与磁感应强度方向的夹角。,3.,磁场与磁路的基本物理量见表。,4.,产生感应电动势的条件是线圈中的磁通发生变化或导,体相对磁场运动而切割磁感线。直导体切割磁感应线产生的,感应电动势方向用右手定则来判断,其大小为,e,=,Blv,sin,。,5.,楞次定律,:,感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。,法拉第电磁感应定律,:,线圈中感应电动势的大小与磁通的,变化率成正比,即,e,=,N,/,t,。,通常用此式计算感应电动势的大小,而用楞次定律来判别,感应电动势的

19、方向。,6.,由于线圈本身电流变化而引起的电磁感应现象称为自,感。自感电动势的大小与电流对时间的变化率成正比,表示,式为,:,e,L,=,L,I,/,t,。,7.,互感是一个线圈中的电流变化而在另一耦合线圈中引,起的电磁感应现象。互感电动势的大小为,:,e,M,=,M,I,/,t,。它,表明,一个线圈中互感电动势的大小,正比于另一个线圈中电,流的变化率。互感电动势的方向利用同名端判别较为简便。,8.,使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化,只,有铁磁材料才能被磁化。铁磁物质根据其磁滞回线不同可,分为软磁材料、硬磁材料、矩磁材料。,9.,磁路中的磁通、磁动势和磁阻之间的关系,可用磁路,欧姆定律表示,即,:,=,F,m,/,R,m,其中,F,m,=,NI,；,R,m,=1/,S,。,