【教学课件】第五章磁与电磁感应.ppt

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1、第五章 磁与电磁感应,第二节 磁场的基本物理量,第一节 磁的基本概念,第四节 磁路的基本概念,第三节 铁磁性物质的磁化,第五节 磁场对通电直导体的作用,第五章 磁与电磁感应,第六节 电磁感应,第七节 电感与电感器,第八节 互感及其应用,第九节 互感线圈的同名端及实验判定,第十节 涡流和磁屏蔽,第一节 磁的基本概念,【学习目标】,1理解磁体、磁极与磁场的基本概念。2会判断载流长直导体与螺线管周围磁场的方向。3掌握右手螺旋定则，了解其在工程技术中的应用。,【观察与思考】,你能解释巨大的电磁铁为什么能够吸引成吨的钢铁吗？,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、磁体、磁极与磁场,1.磁体,某些物体具

2、有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体分天然磁体和人造磁体两大类。常见的人造磁铁有条形磁铁、蹄形磁铁和针形磁铁等。,常见的人造磁体,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、磁体、磁极与磁场,2.磁极,磁铁两端磁性最强的区域叫磁极。任何磁铁都有两个磁极，一个叫南极，用S表示；一个叫北极，用N表示。两个磁铁的磁极之间存在着相互作用力，同名磁极互相排拆，异名磁极互相吸引。,3.磁场,磁极之间的相互作用力是通过磁极周围的磁场传递的。磁场是磁体周围存在的特殊物质。磁场是有方向的，在磁场中某点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N极所指的方向，就是该点磁场的方向。,电工技术基础与

3、技能,高等教育出版社,一、磁体、磁极与磁场,4.磁感线,利用磁感线可以形象地描绘磁场，即在磁场中画出一系列曲线，曲线上任意一点的切线方向就是该点的磁场方向（小磁针在该点时，北极所指的方向）。,条形磁铁的磁感线,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、电流的磁效应,1820年，丹麦的奥斯特在静止的磁针上方拉一根与磁针平行的导线，给导线通电时，磁针立刻偏转一个角度。,电流的磁效应：通电导体的周围存在着磁场。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、电流的磁效应,通电导体周围的磁场方向，即磁场方向与电流的关系可以用右手螺旋定则来判断。,1.通电直导体的磁场方向,判断方法：右手握住导线并把拇指伸开，用

4、拇指指向电流方向，那么四指环绕的方向就是磁场方向。,通电直导体的磁场方向,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、电流的磁效应,通电导体周围的磁场方向，即磁场方向与电流的关系可以用右手螺旋定则来判断。,2.通电螺线管的磁场方向,判断方法：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指方向跟电流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是通电螺线管内部磁感线的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的N极。,通电螺线管的磁场方向,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课堂练习】,教材中思考与练习第1、2、3题,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.1,1磁的基本概念。2右手螺旋定则。,第二节 磁场

5、的基本物理量,【学习目标】,1了解磁通的物理概念，了解其在工程技术中的应用。2了解磁感应强度、磁导率和磁场强度的基本概念及其相互关系。,【观察与思考】,你能解释为什么巨大的电磁铁能吸起成吨的钢铁，而小的磁铁只能吸起小铁钉？,大小电磁铁吸引力比较,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、磁通,通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母表示。磁通的单位是韦伯，简称韦，用符号Wb表示。,当面积一定时，通过该面积的磁通越大，磁场就越强。在工程上，选用电磁铁、变压器等铁芯材料时，为了减小损耗，就要尽可能多地让全部磁感线通过铁芯截面。,电工技术基础与技能,高等教

6、育出版社,二、磁感应强度,磁感应强度是定量描述磁场中各点磁场的强弱和方向的物理量。与磁场方向垂直的单位面积上的磁通，叫做磁感应强度，也称为磁通密度，用字母B表示。磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，用符号T表示。,在匀强磁场中，磁感应强度与磁通的关系可以用公式表示为,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、磁导率,磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用字母表示，单位是亨利/每米，用符号H/m表示。不同的物质有不同的磁导率。相对磁导率：任一物质的磁导率与真空磁导率比值，用 表示，即,电工技术基础与技能,高等教育出版社,四、磁场强度,磁场中某点的磁场强度等于该点的磁感应强度B与媒介质的磁导

7、率的比值，用字母H表示,单位是安每米，用符号A/m表示。即,磁场强度是一个矢量，在均匀的媒介质中，它的方向和磁感应强度的方向一致。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课堂练习】,教材中思考与练习第1、2题,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.2,1磁通的物理概念。2磁感应强度、磁导率和磁场强度的基本概念及其相互关系。,第三节 铁磁性物质的磁化,【学习目标】,1了解磁化现象，能识读磁化曲线、磁滞回线、基本磁化曲线。2了解磁滞损耗产生的原因及降低损耗的方法。3了解常用磁性材料。,【观察与思考】,软铁棒磁化实验,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、铁磁性物质的磁化,

8、本来不具磁性的物质，由于受到磁场的作用而具有了磁性的现象叫该物质被磁化。只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。,铁磁性物质的磁化,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、磁化曲线,铁磁性物质的B 随H 而变化的曲线叫做磁化曲线，又叫做BH曲线。,磁化曲线,几种物质的磁化曲线,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、磁滞回线,当H 减至零时，B 值不等于零，而是到达b点，说明铁磁材料中仍然保留一定的磁性，称为剩磁，用Br表示。B的变化总是落后于H的变化，这种现象叫做磁滞现象。经过多次循环，可以得到一个封闭的对称于原点的闭合曲线，叫做磁滞回线。,磁滞回线,电工技术基础与技能,高等

9、教育出版社,四、基本磁化曲线,在反复交变磁场中，可相应得到一系列大小不一的磁滞回线，连接各点对称的磁滞回线的顶点，得到的一条曲线叫做基本磁化曲线。,五、磁滞损耗,铁磁性物质的反复交变磁化，会损耗一定的能量，这是由于在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生了能量损耗，这种损耗叫做磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大。,基本磁化曲线,电工技术基础与技能,高等教育出版社,六、铁磁材料,不同的铁磁材料具有不同的磁滞回线，剩磁和矫顽磁力也不相同。因此，它们的用途不同，一般将磁性材料分为三类硬磁材料、软磁材料和矩磁材料。,三种铁磁材料的磁滞回线,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课

10、堂小结】,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.3,1磁化现象，识读磁化曲线、磁滞回线、基本磁化曲线。2磁滞损耗产生的原因及降低损耗的方法。3常用磁性材料。,第四节 磁路的基本概念,【学习目标】,1了解磁路和磁动势的概念，了解主磁通和漏磁通的概念。2了解磁阻的概念，了解影响磁阻的因素。3了解充磁和消磁的概念，了解其在工程技术中的应用。,【观察与思考】,硅钢片中形成的磁路,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、磁路,磁路就是磁通经过的闭合路径。大部磁感线（磁通）沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通叫做主磁通。还有一小部分磁通，它们没有经过工作气隙和衔铁，而经空气自成回路，这部分

11、磁通叫做漏磁通。,二、磁动势,磁动势是把通过线圈的电流和线圈匝数的乘积，也称磁通势，用符号Fm表示，单位是A（安）。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、磁阻,磁阻表示磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用符号Rm表示。磁路中磁阻的大小与磁路的长度成正比，与磁路的横截面积S成反比，并与组成磁路的材料的性质有关。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,四、充磁和消磁,充磁是将硬磁性物质磁化使其带有磁性，变为永久磁铁，或将失去磁性的永久磁铁恢复磁性。消磁是当磁化后的材料，受到了外来能量的影响，比如加热、冲击，其中的各磁畴的磁距方向会变得不一致，磁性就会减弱或消失。消磁的方法有很多，例如将带磁物质加热

12、或剧烈振动可以消磁，但通常采用的是交变消磁法。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.4,1磁路和磁动势的概念。2磁阻的概念，影响磁阻的因素。3充磁和消磁的概念。,第五节 磁场对通电直导体的作用,【学习目标】,1理解磁场对通电直导体的作用。2会应用左手定则判断磁场对通电直导体的作用力方向。3会计算电磁力的大小,通电导体在磁场中的运动,【观察与思考】,你知道通电导体放在磁场中受到电磁力的作用吗？,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、电磁力方向的判断,判断方法：伸出左手，让大拇指与四指在同一平面内，大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手

13、心，四指指向电流方向，那么，大拇指所指的方向，就是磁场对通电导体的作用力方向。,通电导体在磁场中受到的电磁力的方向，可以用左手定则来判断。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、电磁力大小的计算,在匀强磁场中，当通电导体与磁场方向垂直时，电磁力的大小与导体中电流大小成正比，与导体在磁场中的有效长度及截流导体所在的磁感应强度成正比，用公式表示为,当导体和磁感应线方向成角度时，电磁力的大小为,导体与磁感线成,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课堂练习】,教材中思考与练习题,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.5,1电磁力方向的判断。2电磁力大小的计算。,第六节 电磁

14、感应,【学习目标】,1理解电磁感应现象。2会判断感应电流的方向。3掌握右手定则。,【观察与思考】,电磁感应实验,当导体作切割磁感线运动时，检流计指针发生偏转，你知道这是为什么吗？,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、电磁感应现象,电磁感应现象就是利用磁场产生电流的现象，由电磁感应现象产生的电流称为感应电流。结论：闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，回路中会产生感应电流。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、右手定则,导线作切割磁感线运动时产生的感应电流的方向，可以用右手定则判断。,判断方法：伸出右手，让大拇指与四指在同一平面，大拇指和四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，大拇指

15、指向导体运动方向，那么，四指所指的方向，就是感应电流的方向。,右手定则,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【例1】,如下图所示，在匀强磁场中，闭合回路中的导体AB 以速度V 向右作切割磁感线运动。试问回路中有感应电流吗？若有的话，请在图中标出感应电流方向。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课堂练习】,教材中思考与练习题,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.6,1电磁感应现象。2右手定则判断感应电流的方向。,第七节 电感与电感器,【学习目标】,1理解自感现象，了解电感的概念。2了解影响电感器电感量的因素。3了解电感器的外形、参数，会判断其好坏。,【观察与思考】,

16、自感实验电路,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、自感现象,自感现象：由于线圈本身的电流变化而产生的电磁感应现象。在自感现象中产生的电动势，叫做自感电动势；产生的电流，叫做自感电流。,二、自感系数与电感,自感系数:线圈的自感磁链与电流I的比值,也叫自感量，简称电感，用字母L 表示，电感的单位是亨利，用符号H表示。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、常见电感器,1.电感器外形,电感线圈可以分为空心和铁心电感线圈两大类。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、常见电感器,1.电感器外形,空心电感线圈,几种常见的空心电感线圈,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、常见电感器,1.电感器

17、外形,铁心电感线圈,几种常见的铁心电感线圈,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、常见电感器,2.电感器参数,电感器有两个重要参数，一个是电感，另一个是额定电流。,电感,额定电流,电感一般标注在电感器的外壳上，通常采用直标法或色标法，单位为微亨（H）。,额定电流是指电感器在正常工作时所允许通过的最大电流，常以字母A、B、C、D、E来代表，标称电流分别为50、150、300、700、1600毫安。使用中，电感器的实际工作电流必须小于额定电流，否则电感线圈将会严重发热甚至烧毁。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,四、电感器的检测,如右图所示，用万用表的电阻挡“R1”挡，测量电感线圈两端的直流电

18、阻值。一般高频电感器的直流内阻在零点几到几欧之间；低频电感器的内阻在几百欧至几千欧之间；中频电感器的内阻在几欧到几十欧之间。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课堂练习】,教材中思考与练习第1、2题,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.7,1自感现象2影响电感器电感量的因素3电感器有两个主要参数。电感与额定电流。4电感器的直流电阻可通过万用表的电阻挡“R1”挡进行检测。,第八节 互感及其应用,【学习目标】,1理解互感的概念，能解释影响互感系数的因素。2了解互感在工程技术中的应用。,【观察与思考】,两个线圈间的互感,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、互感现象,

19、由于一个线圈的电流变化，导致另一个线圈产生感应电动势的现象，称为互感现象。在互感现象中产生的感应电动势，称为互感电动势，用 表示。,二、互感系数,互感系数M由两个线圈的几何形状、尺寸、匝数、它们之间的相对位置以及媒介质的磁导率决定，与线圈中电流的大小无关。只有当媒介质为铁磁性材料时，互感系数才与电流有关。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、互感的应用,互感现象的应用。电源变压器、电流互感器、电压互感器、中周变压器、钳形电流表等都是根据互感原理工作的。互感的害处。如有线电话常常会由于两路电话间的互感而引起串音。在无线电技术中，若线圈位置安放不当，线圈间会因互感而相互干扰，影响设备的正常工作

20、。解决办法：常把相邻的两个线圈互相垂直放置或将几个线圈加大距离。在高频电路中，常用软磁材料制成屏蔽罩。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.8,1互感现象和互感电动势。2影响互感系数的因素。3.互感在电力工程和电子技术中的应用。,第九节 互感线圈的同名端及实验判定,【学习目标】,1理解同名端的概念。2.了解同名端在工程技术中的应用。3了解影响同名端的因素。,【观察与思考】,互感线圈的同名端,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、互感线圈的同名端,1.线圈1和线圈2绕向相同,当线圈1中的电流增加时，应用右手螺旋定则可知，线圈1中自感

21、电动势的极性A端为正，B端为负，线圈2中互感电动势的极性C端为正，D端为负，即A与C、B与D的极性相同。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、互感线圈的同名端,2.线圈1和线圈2绕向相反,当线圈1中的电流增加时，应用右手螺旋定则可知，线圈1中自感电动势的极性A端为正，B端为负，线圈2中互感电动势的极性D端为正，C端为负，即A与D、B与C的极性相同。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、互感线圈的同名端,互感线圈由电流变化所产生的自感电动势与互感电动势的极性始终保持一致的端点，叫做同名端，反之叫做异名端。,A与C、B与D是同名端，A与D、B与C是异名端,A与D、B与C是同名端，A与C、B

22、与D是异名端,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、同名端的标注,电路图中常常用小圆点或小星号标出互感线圈的同名端，它反映出互感线圈的极性，也反映了互感线圈的绕向。,同名端的标注,电工技术基础与技能,高等教育出版社,三、同名端的应用,两个或两个以上线圈彼此耦合时，常常需要知道互感电动势的极性，往往需要标出其同名端。例如，电力变压器用规定好的字母标出原、副线圈间的极性关系。在电子技术中，互感线圈应用十分广泛，但是必须考虑线圈的极性，不能接错。例如，收音机的本机振荡电路，如果把互感线圈的极性接错，电路将不能起振，因此，需要标出其互感线圈间的同名端。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,四、互感线

23、圈同名端的实验判定,实验判定方法：迅速闭合开关S，电流从线圈1的A端流入，并且电流随时间的增加而增大。如果此时电压表的指针向正刻度方向偏转，则线圈1的A端与线圈2的C端是同名端。反之，A与C为异名端。,测定线圈同名端的实验电路,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.9,1同名端的概念和标注方法。2互感线圈同名端的实验判定方法。,第十节 涡流和磁屏蔽,【学习目标】,1了解涡流损耗产生的原因及降低损耗的方法。2了解磁屏蔽的概念及其在工程技术中的应用。,【观察与思考】,你知道铁心是由薄的硅钢片叠压而成的吗？,电工技术基础与技能,高等教育出版

24、社,一、涡流,涡流：将导线绕在金属块上，当变化的电流（交流电）通过导线时，穿过金属块的磁通发生变化，金属块中产生的闭合涡旋状感应电流。,金属块中的涡流,硅钢片中的涡流,电工技术基础与技能,高等教育出版社,一、涡流,涡流的应用：在冶金工业上，利用涡流的热效应，制成高频感应炉来治炼金属。高频感应炉是在坩埚的外缘绕有线圈，并把线圈接到高频交变电压上。,高频感应炉,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、磁屏蔽,磁屏蔽是将一些器件屏蔽起来，使其免受外界磁场的影响的措施。,电工技术基础与技能,高等教育出版社,二、磁屏蔽,电工技术基础与技能,高等教育出版社,【课堂小结】,【课后作业】,“学习辅导与练习”同步训练中的5.10,1涡流损耗产生的原因及降低损耗的方法。2磁屏蔽的概念及其在工程技术中的应用。,