磁的基本概念
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
使这类物质具有磁性的过程称为磁化。
永久磁铁:能长时间保持磁性的介质。将永 久磁棒悬挂起来,总是一头指南,一头指北,指南的 一头称S(South)极,指北的一头称为N极(North)。
磁化过程
磁畴：分子由于电子环绕原子核运动和本身自转 运动而形成分子电流，分子电流产生磁场，每个分子 相当于一个基本小磁铁。
电路输入到磁场的能量
根据电磁感应定律有 ueNAdB
W e0tiu d0ttH NN Ld A dB tdt
dt
线圈中磁通增长相 应的磁化电流为：
i Hl N
电路输入到磁
场的能量为：
W e0tiu d0tt H NN Ld A dB tdt
磁能积
再经过时间t,线圈中磁场达到了B
B
B
W W ee 00A BA lHldH VB0dHVdBB 0BHdB
1.3.2磁通Φ
垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通 量，简称磁通。用Φ表示。
AdBc odsA
d通过单 dA截 元面积的 －－截面的B的 法夹 线角 与
均匀磁场中的磁通
在一般磁芯变压器和电感中， 给定结构磁芯截面上，或端面积 相等的气隙端面间的磁场基本上 是均匀的，则磁通可表示为
BA
磁感应强度也称为磁通密度简称磁密. Flux Density
1 G 1 s 4 W 0/m 2 b 1 8 W 0/c2 b m
1.3.3磁导率μ和磁场强度(H)
联想电路中的电压和电流的关系，为了描述 它们的数量关系，引入电阻R，表示导体的固 有特性的物理量。
磁场中引入μ，解决磁场强度和磁感应密度 的数量关系，表示磁场媒介固有特性的物理量。
磁场的表达
科学家的实验，小磁针放在磁铁 附近，在磁力的作用下的表现。
磁力线，磁感应线，磁通线表示磁场； 并不真正存在这些线条，也没有物理量在 这些线条上流动，只是为了表达。
磁场发现
最早发现是力，力学是早于电学发展的，因为容易 被人们体验，但电学和磁学不容易发觉和体验，所 以电学是在力学比较成熟的时候才得以发展。
磁场强度 最大值点
三、双导线磁场
弱
弱
最强
四、线圈磁场
H
磁场强度单位的研究
• 国际单位制:磁场强度单位:安/米,A/m； • CGS制:奥斯特即安/厘米;简称Oe。
1A/m1-02A/cm 0.41 02Oe 1A/cm 0.4Oe
的单位的推导
2
的单位 B的单位 Wb/m Wb 的单位
B的单位 Wb/m2 H的单位 A/m
2.磁场强度 H
在任何介质中，磁场中某点的 B 与该点的 的比
值定义为该点H的 磁 场B 强度 H ，即
磁场强度是矢量。
单位：安/米 奥特斯
SI制 CGSM制
1安 /米4＝ 1－ 03奥
磁场强度与媒介有关系吗?
• 1.磁场强度H与媒介无关(与提供磁路的材料无 关).
• 2.磁场强度H只与产生它的电流有关. • 3.相同的电流在不同的媒介中产生的磁感应强
在磁性物质分子间有一种特殊的作用力而 使每一区域内的分子磁铁都排列整齐，显示磁 性。这些小区域称为磁畴。
磁化(Magnetization)
无外磁场作用下特点： 有外磁场作用下的特点：
磁的现象
相同磁极性靠近时互相排斥 相反的磁极性靠近时互相吸引
吸引与排斥说明下列问题: A、有作用力,就有有能量
B、空间有种物质称为磁场,与引力场和电场一样
载载流导体周围有磁场，说明下列问题: A.电流产生磁场；B.电流被磁场包围。
安培定则，右手定则
磁场是电流产生的，而电流总是被磁场所包。 右手定则：
等 磁场最强处 磁 位 线
磁场最强的地方和 磁场最弱的地方？
围绕两根平行载流导体的 磁场，每根导体流过相等的 电流，但方向相反，即一 对连接电源到负载的导线。
Wb A•m
H的单位A/m A•m V •s •s H (亨/米)
A•m m m
e N d L di
V•s dt dt
•s
H(亨/米)
A•m m m
eNd Ldi
dt dt
dφ di
eN L
dt dt
单位换算
7
H 10 Gs 1 H 107 Gs 1 m 4 Oe
m 4π Oe 1Gs 104T
第一章 磁的基本概念
• 19-20世纪初的四位伟大科学家 • Maxwell:麦克斯韦电磁场理论 • Lenz:楞次定律 • Amper:安培定律 • Frady:电磁感应定律 • 单位制：国际单位制，标准统一，计算方便，
但工程应用不方便； • 实用单位，工程上使用比较方便。
1.1 磁的基本现象
自然界有一类特殊物质Fe, Ni, Co等在一定条件下, 能相互吸引,这种物质称它们具有磁性.很多磁性材料是稀 有金属，而铁是黑色金属，自然界存储广，所以称为 “黑色艺术殿堂”。
流所受到的力的大小（ B）F表I示l 磁场的强弱——磁感 应强度（ ）。 B
B是表示磁场内某点磁场的强度和方向的物理量。
方向：左手定则判断。
单位：特斯拉 国际单位（SI）制
高斯
电磁单位（CGSM）制
• 要研究磁感应强度的单位要从源头分析“力” • 1牛顿/(安培米)=1特斯拉 • 1高斯=1克/（安厘米）(厘米克秒制,CGS) • 1T=10000GS(思考一下？)
求磁芯中 存储的能量
磁芯的体积 VlA1623210-6(cm)
磁芯中存储的能量
Wm
V
μH 2 2
32 10 6 60 10 7 312 .5 2 2
9 .35 10 6 (J)
本章小结
1 只要有电流，不管是恒定的还是变化
的，都会产生磁场。
2、磁场用磁力线形象描述。磁力线是无头无尾 的光滑曲线，其切线方向表示磁场方向。在磁 铁外部，磁力线是由南极指向北极；而在内部 是由北极指向南极。
1Oe 100 A / m 0.4
1Gs10 T 0
1 Gs Oe
10 4 04.4
100
4 10 7 H
/ cm
1Oe 100A/m
0.4
0
1Gs104 0.4
Oe 100
4 107 H / m
空气的相对导磁率: 0 1
真空中的安培环路定理
在真空的稳恒磁场中，磁感应强度 B沿任一闭合路
在电流产生的磁场中，矢量H沿任意闭合曲线
的积分等于此闭合曲线所包围的所有电流的代数和，
即
lH d l lH c o d s l I
一、环形均匀介质的磁场强度
l H dl H l 2 r H
I I • N H 2 r H l IN H IN IN
2r l
二、单导线的磁场
径的积分的值，等于 乘 以0 该闭合路径所包围的各电流
的代数和.
n
Bdl l
0
Ii
i1
注意
电流I 正负的规定: I 与l 成右螺旋时，I 为正；
反之为负.
1.3.5 电磁感应定律
研究方法:实验方法，抓住磁通变 化这个核心问题讨论.
公式表明:单匝线圈匝链的磁通在1 秒内变化1Wb时，线圈端电压 为1V。
单位：韦伯，
麦克斯韦， 1韦＝108麦
简称韦 SI制 简称麦 CGSM制
面积 Area
磁力线
磁通单位换算
的数量 B（ Aaer） a
1 (W ) 1 b (T ) 1 m 21 N m 2 1 N 1 m 1 A 1 m 1 A
磁密单位Ｂ：１牛顿／(安米) 面积单位Ａ：平方米 磁通单位：１牛顿米／安，用韦伯表示,Ｗb
度不同,而磁场强度一样,揭示材料的导磁能力. • 用值表示材料的导磁性能. • 空气的磁导率 • 铁的磁导率 • 其它材料的磁导率
相对磁导率
• 工程上为了图简洁方便,采用相对磁导率，即 把材料的实际磁导率与空气磁导率的比值.
r
0
1 是谁的？ r
高斯定理
在磁场中任意一个封闭曲面内，磁
感应强度向量的面积积分恒等于零。
1 (W ) 1 b (T ) 1 m 21 N m 2 1 N 1 m 1 A 1 m 1 A
• 从磁通的单位可以揭示出电流产生力矩的特点，即电 磁力的特性．
• ＭＫＳ和ＣＧＳ制单位换算 1 G 1 s 4 W 0/m 2 b 1 8 W 0/c2 b m
1Mx 1Gs1cm2 1T 104Gs,1m2 104cm2 1Mx108Wb
1.磁介质的磁导率()
电流产生磁场，但电流在不同的介质中产生的磁感应 强度是不同的。为了表征这种特性，将不同的磁介质用 一个系数 来考虑， 称为介质磁导率，表征物质的导 磁能力。
在介质中， 越大，介质中的磁感应强度B就越大。
真空中的磁导率 —— 0410 7Hm
比 0 大的倍数称为材料的相对磁导率 r 。
S
SBdS0
B
B
～磁场中的高斯定理 in out高斯定理
磁场中所谓某点的磁场强度大小,并不代表该点 的磁场的强弱,代表磁场强弱是磁感应强度.引入磁• 到现在为止,已经知道电流与磁场强度有密切 的关系.用安培环路定理,解决了它们之间的数 量关系.
• 安培环路定理也称全电流定理.
存储在磁场中的
V Al磁场的体积 能量：磁能积
V Al磁场的体积
单位体积的磁场能量是磁场强度与磁 感应强度乘积的1/2。
Wm
VH 2
2
输入条件：
60107 H / m
A 2cm2，l 16cm N 50，I 1A
磁芯中平均磁场强度
H IN 150 l 16
3.125A/ cm 312.5(A/ m)
空心线圈磁场。每根导 线单个的场在线圈内叠加 产生高度集中和线条流畅 的场。
1.3 磁的单位和电磁基本定律
研究磁的单位的意义和方法：
由于用科学家的名字命名的磁学单位难以 理解和记忆，而电学单位和力学单位使用时间 较长和生活中的接触程度大容易记忆。
联想学习方法
1.3.1磁感应强度
用单位长度的导线，放在均匀的磁场中，通过单位电
单匝线圈： e ΔΦ Δt
N匝线圈： e N
t t N 磁链
法拉第电磁感应定律
• 1、解决了感应电动势与磁通变化 率之间的关系，并没有说明感应电 动势的方向。
• 2、描述感应电动势方向的是楞次 定律，描述如下：
感生电流总是试图维持原 磁通不变，这就是楞次定律。
楞次定律的其它理解
• 1、磁场的惯性定律 • 2、维持不变就是阻碍变化 • 3、法拉第定律和楞次定律统称为电磁感应定律
实验中发现的一些磁现象，为了解释这些现象， 就用磁场来表达。
电学电磁学发展尤其快，人们驾驭它们的能力非 常强大，以至于导致今天生活的巨大变化，人类离 不开电了。
1.2 电流与磁场
• 如果将载流导体或运动电荷搬到磁场中，导体 受到作用力，克服作用力移动则要做功，而做 功需要能量，能量变化需要场地和时间，所以 在理解磁现象的时候，千万别忘记了能量、时 间和场地三个要素。
四种电磁感应现象举例
磁铁（或通电 线圈）与线圈相对 运动时线圈中产生 电流
线圈中电流变 化时另一线圈中产 生电流
闭合回路的一 部分切割磁力线， 回路中产生电流
1.3.6电磁能量关系
• 电流产生磁场，载流导体在磁场中受力，有力 就会产生运动，有运动就要做功，要做功就必 须有能量，有能量就要有储存的地方，移动能 量需要时间和场地，就会引起状态的改变。
永久磁铁:能长时间保持磁性的介质。将永 久磁棒悬挂起来,总是一头指南,一头指北,指南的 一头称S(South)极,指北的一头称为N极(North)。
磁化过程
磁畴：分子由于电子环绕原子核运动和本身自转 运动而形成分子电流，分子电流产生磁场，每个分子 相当于一个基本小磁铁。
电路输入到磁场的能量
根据电磁感应定律有 ueNAdB
W e0tiu d0ttH NN Ld A dB tdt
dt
线圈中磁通增长相 应的磁化电流为：
i Hl N
电路输入到磁
场的能量为：
W e0tiu d0tt H NN Ld A dB tdt
磁能积
再经过时间t,线圈中磁场达到了B
B
B
W W ee 00A BA lHldH VB0dHVdBB 0BHdB
1.3.2磁通Φ
垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通 量，简称磁通。用Φ表示。
AdBc odsA
d通过单 dA截 元面积的 －－截面的B的 法夹 线角 与
均匀磁场中的磁通
在一般磁芯变压器和电感中， 给定结构磁芯截面上，或端面积 相等的气隙端面间的磁场基本上 是均匀的，则磁通可表示为
BA
磁感应强度也称为磁通密度简称磁密. Flux Density
1 G 1 s 4 W 0/m 2 b 1 8 W 0/c2 b m
1.3.3磁导率μ和磁场强度(H)
联想电路中的电压和电流的关系，为了描述 它们的数量关系，引入电阻R，表示导体的固 有特性的物理量。
磁场中引入μ，解决磁场强度和磁感应密度 的数量关系，表示磁场媒介固有特性的物理量。
磁场的表达
科学家的实验，小磁针放在磁铁 附近，在磁力的作用下的表现。
磁力线，磁感应线，磁通线表示磁场； 并不真正存在这些线条，也没有物理量在 这些线条上流动，只是为了表达。
磁场发现
最早发现是力，力学是早于电学发展的，因为容易 被人们体验，但电学和磁学不容易发觉和体验，所 以电学是在力学比较成熟的时候才得以发展。
磁场强度 最大值点
三、双导线磁场
弱
弱
最强
四、线圈磁场
H
磁场强度单位的研究
• 国际单位制:磁场强度单位:安/米,A/m； • CGS制:奥斯特即安/厘米;简称Oe。
1A/m1-02A/cm 0.41 02Oe 1A/cm 0.4Oe
的单位的推导
2
的单位 B的单位 Wb/m Wb 的单位
B的单位 Wb/m2 H的单位 A/m
2.磁场强度 H
在任何介质中，磁场中某点的 B 与该点的 的比
值定义为该点H的 磁 场B 强度 H ，即
磁场强度是矢量。
单位：安/米 奥特斯
SI制 CGSM制
1安 /米4＝ 1－ 03奥
磁场强度与媒介有关系吗?
• 1.磁场强度H与媒介无关(与提供磁路的材料无 关).
• 2.磁场强度H只与产生它的电流有关. • 3.相同的电流在不同的媒介中产生的磁感应强
在磁性物质分子间有一种特殊的作用力而 使每一区域内的分子磁铁都排列整齐，显示磁 性。这些小区域称为磁畴。
磁化(Magnetization)
无外磁场作用下特点： 有外磁场作用下的特点：
磁的现象
相同磁极性靠近时互相排斥 相反的磁极性靠近时互相吸引
吸引与排斥说明下列问题: A、有作用力,就有有能量
B、空间有种物质称为磁场,与引力场和电场一样
载载流导体周围有磁场，说明下列问题: A.电流产生磁场；B.电流被磁场包围。
安培定则，右手定则
磁场是电流产生的，而电流总是被磁场所包。 右手定则：
等 磁场最强处 磁 位 线
磁场最强的地方和 磁场最弱的地方？
围绕两根平行载流导体的 磁场，每根导体流过相等的 电流，但方向相反，即一 对连接电源到负载的导线。
Wb A•m
H的单位A/m A•m V •s •s H (亨/米)
A•m m m
e N d L di
V•s dt dt
•s
H(亨/米)
A•m m m
eNd Ldi
dt dt
dφ di
eN L
dt dt
单位换算
7
H 10 Gs 1 H 107 Gs 1 m 4 Oe
m 4π Oe 1Gs 104T
第一章 磁的基本概念
• 19-20世纪初的四位伟大科学家 • Maxwell:麦克斯韦电磁场理论 • Lenz:楞次定律 • Amper:安培定律 • Frady:电磁感应定律 • 单位制：国际单位制，标准统一，计算方便，
但工程应用不方便； • 实用单位，工程上使用比较方便。
1.1 磁的基本现象
自然界有一类特殊物质Fe, Ni, Co等在一定条件下, 能相互吸引,这种物质称它们具有磁性.很多磁性材料是稀 有金属，而铁是黑色金属，自然界存储广，所以称为 “黑色艺术殿堂”。
流所受到的力的大小（ B）F表I示l 磁场的强弱——磁感 应强度（ ）。 B
B是表示磁场内某点磁场的强度和方向的物理量。
方向：左手定则判断。
单位：特斯拉 国际单位（SI）制
高斯
电磁单位（CGSM）制
• 要研究磁感应强度的单位要从源头分析“力” • 1牛顿/(安培米)=1特斯拉 • 1高斯=1克/（安厘米）(厘米克秒制,CGS) • 1T=10000GS(思考一下？)
求磁芯中 存储的能量
磁芯的体积 VlA1623210-6(cm)
磁芯中存储的能量
Wm
V
μH 2 2
32 10 6 60 10 7 312 .5 2 2
9 .35 10 6 (J)
本章小结
1 只要有电流，不管是恒定的还是变化
的，都会产生磁场。
2、磁场用磁力线形象描述。磁力线是无头无尾 的光滑曲线，其切线方向表示磁场方向。在磁 铁外部，磁力线是由南极指向北极；而在内部 是由北极指向南极。
1Oe 100 A / m 0.4
1Gs10 T 0
1 Gs Oe
10 4 04.4
100
4 10 7 H
/ cm
1Oe 100A/m
0.4
0
1Gs104 0.4
Oe 100
4 107 H / m
空气的相对导磁率: 0 1
真空中的安培环路定理
在真空的稳恒磁场中，磁感应强度 B沿任一闭合路
在电流产生的磁场中，矢量H沿任意闭合曲线
的积分等于此闭合曲线所包围的所有电流的代数和，
即
lH d l lH c o d s l I
一、环形均匀介质的磁场强度
l H dl H l 2 r H
I I • N H 2 r H l IN H IN IN
2r l
二、单导线的磁场
径的积分的值，等于 乘 以0 该闭合路径所包围的各电流
的代数和.
n
Bdl l
0
Ii
i1
注意
电流I 正负的规定: I 与l 成右螺旋时，I 为正；
反之为负.
1.3.5 电磁感应定律
研究方法:实验方法，抓住磁通变 化这个核心问题讨论.
公式表明:单匝线圈匝链的磁通在1 秒内变化1Wb时，线圈端电压 为1V。
单位：韦伯，
麦克斯韦， 1韦＝108麦
简称韦 SI制 简称麦 CGSM制
面积 Area
磁力线
磁通单位换算
的数量 B（ Aaer） a
1 (W ) 1 b (T ) 1 m 21 N m 2 1 N 1 m 1 A 1 m 1 A
磁密单位Ｂ：１牛顿／(安米) 面积单位Ａ：平方米 磁通单位：１牛顿米／安，用韦伯表示,Ｗb
度不同,而磁场强度一样,揭示材料的导磁能力. • 用值表示材料的导磁性能. • 空气的磁导率 • 铁的磁导率 • 其它材料的磁导率
相对磁导率
• 工程上为了图简洁方便,采用相对磁导率，即 把材料的实际磁导率与空气磁导率的比值.
r
0
1 是谁的？ r
高斯定理
在磁场中任意一个封闭曲面内，磁
感应强度向量的面积积分恒等于零。
1 (W ) 1 b (T ) 1 m 21 N m 2 1 N 1 m 1 A 1 m 1 A
• 从磁通的单位可以揭示出电流产生力矩的特点，即电 磁力的特性．
• ＭＫＳ和ＣＧＳ制单位换算 1 G 1 s 4 W 0/m 2 b 1 8 W 0/c2 b m
1Mx 1Gs1cm2 1T 104Gs,1m2 104cm2 1Mx108Wb
1.磁介质的磁导率()
电流产生磁场，但电流在不同的介质中产生的磁感应 强度是不同的。为了表征这种特性，将不同的磁介质用 一个系数 来考虑， 称为介质磁导率，表征物质的导 磁能力。
在介质中， 越大，介质中的磁感应强度B就越大。
真空中的磁导率 —— 0410 7Hm
比 0 大的倍数称为材料的相对磁导率 r 。
S
SBdS0
B
B
～磁场中的高斯定理 in out高斯定理
磁场中所谓某点的磁场强度大小,并不代表该点 的磁场的强弱,代表磁场强弱是磁感应强度.引入磁• 到现在为止,已经知道电流与磁场强度有密切 的关系.用安培环路定理,解决了它们之间的数 量关系.
• 安培环路定理也称全电流定理.
存储在磁场中的
V Al磁场的体积 能量：磁能积
V Al磁场的体积
单位体积的磁场能量是磁场强度与磁 感应强度乘积的1/2。
Wm
VH 2
2
输入条件：
60107 H / m
A 2cm2，l 16cm N 50，I 1A
磁芯中平均磁场强度
H IN 150 l 16
3.125A/ cm 312.5(A/ m)
空心线圈磁场。每根导 线单个的场在线圈内叠加 产生高度集中和线条流畅 的场。
1.3 磁的单位和电磁基本定律
研究磁的单位的意义和方法：
由于用科学家的名字命名的磁学单位难以 理解和记忆，而电学单位和力学单位使用时间 较长和生活中的接触程度大容易记忆。
联想学习方法
1.3.1磁感应强度
用单位长度的导线，放在均匀的磁场中，通过单位电
单匝线圈： e ΔΦ Δt
N匝线圈： e N
t t N 磁链
法拉第电磁感应定律
• 1、解决了感应电动势与磁通变化 率之间的关系，并没有说明感应电 动势的方向。
• 2、描述感应电动势方向的是楞次 定律，描述如下：
感生电流总是试图维持原 磁通不变，这就是楞次定律。
楞次定律的其它理解
• 1、磁场的惯性定律 • 2、维持不变就是阻碍变化 • 3、法拉第定律和楞次定律统称为电磁感应定律
实验中发现的一些磁现象，为了解释这些现象， 就用磁场来表达。
电学电磁学发展尤其快，人们驾驭它们的能力非 常强大，以至于导致今天生活的巨大变化，人类离 不开电了。
1.2 电流与磁场
• 如果将载流导体或运动电荷搬到磁场中，导体 受到作用力，克服作用力移动则要做功，而做 功需要能量，能量变化需要场地和时间，所以 在理解磁现象的时候，千万别忘记了能量、时 间和场地三个要素。
四种电磁感应现象举例
磁铁（或通电 线圈）与线圈相对 运动时线圈中产生 电流
线圈中电流变 化时另一线圈中产 生电流
闭合回路的一 部分切割磁力线， 回路中产生电流
1.3.6电磁能量关系
• 电流产生磁场，载流导体在磁场中受力，有力 就会产生运动，有运动就要做功，要做功就必 须有能量，有能量就要有储存的地方，移动能 量需要时间和场地，就会引起状态的改变。