第二节 磁与电磁基本知识

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磁场强弱：磁力线密集的地方，磁场就强， 磁力线疏松的地方，磁场就弱。
磁体周围磁力线分布图：
N
S
磁体外，磁力线从北极（N）到南极（S），磁 体内磁力线由南极（S）回到北极（N）。
磁力线是闭合曲线且互不交叉
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磁场的基本物理量
⑴磁通（Φ）：穿过某一截面的磁力线总数。
单位：韦伯（Wb）
⑵磁感应强度（B）：通过与磁场相垂直的
单位面积的磁通，表示磁场强弱的物理量
单位：特斯拉（Ｔ） Ｂ＝ Φ／Ｓ
磁场中某点磁感应强度的方向就是磁场中该点磁 力线的方向，其大小等于与磁场相垂直的单位长 度的导体通以单位电流时所受电磁力的大小，即： B=F/IL
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这就是通电导体在磁 场中垂直时受力公式
通电直导线磁场方 通电线圈磁场方向—
向—右手安培定则：
右手螺旋定则：
右手握导线，大拇指 右手弯曲的四指和线
向电流方向，则弯曲 圈电流方向一致，则
四指的指向为磁场方 大拇指所指的方向为
向。
线圈内部的磁场方向，
即N极。
2 、磁场对电流的作用（电动力）
实验表明，通电导线在磁场中会受到力。 这个力叫电动力（或电磁力）。
式中：EM—互感电动势（V）
M——线圈的互感系数（亨利、 H）
dI/dt——电流的变化率（A/s）
“－”表示自感电动势的方向，即楞次定 律。
判断互感电动势的方向——楞次定律或右 手螺旋定则。
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互感的应用—变压器
实现能量传输和信号传递的电气设备—变 压器，通常由两个互感线圈组成。其中一 个线圈与电源相连接，称为一次侧，另一 个线圈与负载RL相连，称为二次侧。当一 次侧接上电压，一次侧线圈产生磁通
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2、导体切割磁力线产生感应电动势的大小：
e =BlvSin α
在均匀磁场中，导体切 式中： e—导体的感应 割磁力线产生感应电动 电动势（Ｖ） 势E的大小和磁感应强 B——磁感应强度（Ｔ） 度B、导线有效长度L及 L——导体在磁场中的 运动的速度V成正比。 长度（m）
感应电流所产生的磁通 总是阻碍原磁通的变化。 即，原磁通增加，感应电 流产生的磁通方向和原磁 通方向相反；原磁通减少 ，感应电流产生的磁通和 原磁通相同。
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3）、应用楞次定律的具体步骤：
①、确定原磁通的方向及变化的趋势（即
增加或减少）；
②、根据楞次定律确定感应电流的磁通方
解：①、F=BIL=0.5×8×1.2=4.8N ②、F=BILSinα=0.5×8×1.2×0.5=2.4N
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②、讨论：
ⅰ、当导体与磁场方向垂直时， α=90°,Sin90°=1，F最大。
ⅱ、当导体与磁场方向平行时， α=0°，Sin0°=0，F最小（F=0）
常用三角函数值： Sin90°=1， Sin60°=√3/2 Sin30°=1/2，Sin45°=√2/2 Sin0°=0
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（二）、互感现象
１、互感现象：两个相邻放置的线圈，一个线 圈中自身电流变化产生磁通穿过另一个线圈， 则另一个线圈产生感应电动势的现象。若另一 个线圈构成闭合回路，则回路中有感应电流产 生。
互感电动势：互感
产生的感应电动势。
互感电动势的大小：
EM=–M·dI/dt (V)
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习题：培训辅导材料
P22：16、18 P23：37、38、39、40、42、43、44、45
线圈极性的判断：图2—19
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（四）、涡流
１、涡流是一种特殊形式的电磁感应现象。 ２、涡流：当变化的磁通穿过大块的铁心，
铁壳或其它电气装置的金属部分时，由于电 磁感应，在这些部分产生旋涡状的感应电流 叫做涡流。 ３、减少涡流的方法：用经过绝缘处理，厚 度为0.35—0.5mm的硅钢片叠装起来，做各种 电气设备的铁心。 ４、涡流有有害的一面也有有利的一面。
（一）、自感现象：
1、由于线圈（或回路）本身电流的变化，而引 起线圈（或回路）内产生电磁感应的现象。
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2、自感电动势：自感现象产生的感应电动势。
EL=–L·dI/dt (V)
式中：EL—自感电动势（V）
L——线圈的电感量（亨利、 H）
1H=103mH=106μH
dI/dt——电流的变化率（A/s）
①、通电导线在磁场中方向的判断
－左手定则：
伸平左手，使大拇指和四指垂直让磁力线垂直穿 过手心，四指指向导体电流方向，则大拇指的方 向即为电动力（电磁力）的方向
P17：图2—15
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①、电磁力的大小
载流导体在磁场中受到电磁力的大小，与磁
感应强度成正比，与导体中电流大小成正比， 与导体在磁场中的有效长度成正比。
即：F=BILSinα
式中：F——电磁力，单位：N
B——磁感应强度，单位；Ｔ
I——导体的电流，单位：A
L——导体在磁场中的长度，单位：m
α——导体与磁场方向的夹角（°）
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例题：在匀强磁场中，磁感应强度B=0.5T，将通 有电流I=8A的直导体放入磁场中，若磁场中导体 长度L=1.2m，求①导体与磁场垂直时，导体所受 电磁力的大小？②、导体与磁场成30°时，导体所 受电磁力的大小？
③、磁极：磁性最强区域。位于磁体两端。 分别为南极（S） 北极（N）
④ 、磁力：磁极间相互的作用力。 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 ⑤、磁场：有磁力存在的空间。
⑥ 、磁场用磁力线来描述
磁力线：为形象描述磁场的强弱和方向而 引入的假想曲线。
⑦、磁场方向：磁力线上每一点的切线 方向就是该点的磁场方向。（见下图）
率μ的比值。
符号：H，H=B/μ
单位：安/米（A/m）
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二、电流的磁效应、磁场对通电导体的作用
电流的磁效应： 通电导线（直导线或线圈）周围存在磁场。
①感应磁场的强弱（大小）
通电导线周围的磁场是有导线中的电流产生的， 磁场的强弱取决于电流的大小。
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②、通电导线周围磁场方向的判断： —右手定则：
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当一次侧线圈接上电压，一次侧线圈中产 生磁通，该磁通同时穿过一、二侧线圈，
则两个线圈同时产生感应电动势e1和e1
根据电磁感应定律，可求得：
e1／e1＝u1/u2=Ｎ１／Ｎ２
由此可知，改变一二次线圈的匝数，就可以 得到不同的输出电压。
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（三）、线圈的极性
e =–N·△φ/△t
（1）、法拉第定律：线圈中感应电势E的大小与 线圈匝数、线圈内磁通变化率（即单位时间内磁 通量的变化）成正比。
式中： e—感应电动势（V）
N——线圈的匝数
△Φ/△t——每匝线圈中磁通的变化率（Wb/s）
“－”表示产生感应电势的方向，即楞次定律。
四、自感、互感及涡流--电磁感应现象
交流发电机的原理——电磁感应原理。
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例题：在B=0.8T的匀强磁场中，有一导体 有效长度L=20cm，以V=15m/s的速度做切 割磁力线运动，试求导体中产生的感应电 动势的大小？
解：Ｅ=BlvSin α=0.8×0.2×15=2.4V
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例题：已知磁场的磁密为10000 Gs，导线长度为 20Cm，导线在磁场中运动速度为5m/s，试计算 当导线垂直于磁力线的感应电势和与磁力线成 30°时的感应电势？（工程单位：磁感应强度B高斯（Gs）换算关系： 1T=10－4 Gs）
了解：直流电动机的原理：
若将通电线圈放在磁场中，必将会受到大小 相等、方向相反的一对电磁力的作用，即为 电磁转矩的作用，会使通电线圈转动起来。
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三、电磁感应
实验表明，闭合回路的一部分导体在磁场中切割 磁力线运动或闭合回路中的磁通量发生变化，导 线中产生感应电动势，我们把利用磁场产生电流
《电工基础》
第二节 电磁感应和磁路
培训要点： 本节应重点掌握电流的磁效应，磁场对载流 导线作用力的计算。 会计算感应电动势大小、熟悉楞次定律的内 容。 理解自感、互感现象，会判断线圈的极性。
本节难点： 楞次定律的应用 线圈极性的判别
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一、磁的基本知识
1、术语名词： ①、磁性：能吸引铁的性质。 ②、磁体：具有磁性的物体。如吸铁石
“－”表示自感电动势的方向，即楞次定律。
３、自感现象在电工技术中既有利又有弊
①、有利的应用：在日光灯电路中串接一个 镇流器就是利用自感现象起到扼制灯丝电流， 并产生很高的自感电势加在灯管两端激发灯 管内气体导通而发光的作用。
②、有害的应用：会产生过电压、过电流， 影响设备的正常运行，产生不必要的损失。
解：B=10000Gs=1Wb/m2
当导线垂直于磁力线方向运动时 α=90°,Sin90°=1，
e=Blv=1×0.2×5=1V 当导线运动与磁力线方向成30°偏角时，
α=30°,Sin30°=1/2， e=BlvSin30°=1×0.2×5×0.5=0.5V
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3、磁通变化线圈产生感应电动势的大小：
图示： B=F/IL
N极
Ｆ＝ＢＩＬ
I=1A S极
F 导体
假如通电导体与磁场 有一夹角α，则
F=BILSinα
L=1m
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（3）磁导率：表示物质的导磁能力。
符号：μ；公式： μ= μ0 μr 单位：亨/米（H/m） 真空的磁导率：μ0=4∏×10－7 H/m （4）磁场强度：磁感应强度B与介质磁导
能够产生互感电动势的两个线圈称为磁耦合线圈。
我们把具有磁耦合的线圈中，以互感磁通的方向 为准，线圈的绕向相同或感应电动势极性始终一 致的端点称为同名端，常用在线圈的一端标上 “·”或“﹡”的标记（另一端不标）。但在电气工 程中，常用脚标1与2或+与-来表示绕组的首端与 尾端，即首端与首端或尾端与尾端互为同名端， 而首端与尾端互为异名端。
的现象称做电磁感应。这个电动势称为感应电动
势。回路中产生的电流称为感应电流。
1、导体切割磁场感应电动势方向的判断— 右手（发电机）定则
伸平右手，使大拇指与其余四指垂直， 让磁力线垂直穿过手心，
大拇指指向导体运动方向， 四指所指的方向就是感应 电动势的方向（负极到 正极）。
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2、线圈磁通变化感应电动势方向的判别— 楞次定律
Ｖ—导体切割磁力线的 速度（m/s）
α——导体与磁场方向 的夹角（°）。
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3、讨论
①、当导体运动方向与磁力线垂直时， α=90°,Sin90°=1，Ｅ最大。
②、当导体运动方向与磁力线平行时， α=0°，Sin0°=0，Ｅ最小（Ｅ=0）
注意：当切割磁力线的直导体没有构成闭 合回路时，导体中只产生感应电动势，而 不会产生感应电流。
向；
③、根据感应电流产生的磁通方向，应用
安培定则判定出线圈中感应电动势或感应 电流的方向。
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比较总结：左手定则+右手定则
为便于掌握，在理解上述定则具体含义的 基础上，可简便的记住“左动右电”。其 含义为用左手是电动机定则，确定受力方 向。用右手是发电机原则，确定感应电动 势方向。