电磁基本知识

第四章
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定则来判断。
伸开左手，磁 感线垂直穿过手心， 四指指向电流方向， 则拇指所指方向就 是导体受力方向。
左手定则
磁场对电流的作用 第四章 磁场与电磁感应
电磁力F的大小
当导体垂直于磁场方向放置时，导体所受的
电磁力与导体电流I、导体的有效长度L及磁感应
体分天然磁体和人造磁体两大类 。
N
条形磁铁 U形磁铁
S
N
S
小磁针
磁体上磁性最强的两个区域叫磁极，分别称为南极（S）和 北极（N）。
第四章 磁场与电磁感应 磁场与电磁感应
地理的南北极与地磁的南北极正好相反。
地球北极 地磁南极
N
S
地球南极 地磁北极
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
（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,磁极间的相互作用力
B
A 电刷 换向器
第四章
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
三
电磁感应
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 。
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
（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
随着科技的发展，磁的应用日益广泛。 在通信设备中更是离不开。例如，电感元件、 变压器、继电器、耳机、喇叭等等。下面我 们就讨论磁现象及其规律，磁与电的联系和 转化等知识。
第四章 磁场与电磁感应 磁场与电磁感应
磁体及其性质
物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质 概 念
称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
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。
说明：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，无论电路是否闭 合，都会有感应电动势；而只有回路是闭合的时候，回路中才 会有感应电流。
细铁屑形成的磁力线
蹄形磁铁的磁力线
条形磁铁的磁力线
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
磁场线具有以下特点： 1.磁力线是闭合曲线。在磁铁外部的磁力线由N极指向S极,在磁体内部
由S极指向N极；
2.磁力线互不相交。这是因为磁场中任何一点的磁场方向只有一个； 3.两同性磁极靠近时，它们的磁力线有相互推斥的力量；两异性磁极靠
强度B成正比。
B与L垂直时：
B = F/Il
F＝ILB
L
B
磁场对电流的作用 第四章 磁场与电磁感应
如果电流方向与磁场方向 不垂直，而是有一个夹角α ，这时通电导线的有效长度 为lsinα。电磁力的计算式变 为：
B与L不垂直时：
F = BIlsinα
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
（二）、通电平行直导线间的作用
电刷 换向器
原理
磁场对通电线圈的作用 第四章 磁场与电磁感应
当线圈平面与磁感线平行时，线圈在N极 一侧的部分所受电磁力向下，在S极一侧 的部分所受电磁力向上，线圈按顺时针 方向转动，这时线圈所产生的转矩最大 。当线圈平面与磁感线垂直时，电磁转 矩为零，但线圈仍靠惯性继续转动。通 过换向器的作用，与电源负极相连的电 刷A始终与转到N极一侧的导线相连，电 流方向恒为由A流出线圈；与电源正极相 连的电刷B始终与转到S极一侧的导线相 连，电流方向恒为由B流入线圈。因此， 线圈始终能按顺时针方向连续旋转。
第四章
磁场与电磁感应
电磁基本知识
第四章
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
一、磁场 二、磁场对电流的作用 三、电磁感应 四、自感和互感
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磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
一 、磁 场
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。
第四章
磁场与电磁感应
意义：定量描述磁场在某一面积上的分布。
符号：
公式：

BS
单位：韦伯（Wb）
磁通
第四章
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
讨论: 如果磁场不与所讨论的平 面垂直，那分布在面积s上的磁 通应该怎样计算？
应以这个平面在垂直于磁场来自百度文库的方向的投影 面积S’与B的乘积来表示磁通。
BS
B S
说明：当面积一定时，如果通过该面积的磁感线越多，则磁通越 大，磁场越强。 • 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，并且用Wb/m2作单位。
磁感应强度
在真空中，通电线圈磁感应强度的大小与线圈 的匝数、线圈长度及电流强度有关。
NI B0 0 l
式中
B0 ——通电线圈的磁感应强度，T；
μ 0——真空的磁导率，H/m； N ——线圈的匝数； L ——线圈的长度，m； I ——线圈中的电流，A。
放在真空中
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
磁感应强度 当把圆环线圈从真空中取出，并在其中放入相 对磁导率为μr的媒介质，则磁感应强度将是真 空中的μr倍，即：
NI NI B r 0 l l
磁感应强度与媒介质的磁导率有关。
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
注意事项
（ 1）磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量， 跟磁场中是否存在通电导线无关。
如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角α ，则 导体中的感应电动势为
导体运动方向与磁感 线方向有一个夹角α
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
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
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
第四章
磁场与电磁感应
顺磁物质——μ r>1。如空气、铝、铬、铂、锡等。
反磁物质——μ r<1。如氢、铜、银、锌等。 铁磁物质——μ r》1，其可达几百甚至数万以上，且 硅钢、坡莫合金、铁氧体等。
不是一个常数。如铁、钴、镍、
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
4、磁场强度 该点的磁感应强度B与媒介质磁导率μ的比值即 为磁场中某点的磁场强度，用H表示，即：
第四章
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
（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 第四章 磁场与电磁感应
磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本
原理。
在均匀磁场中放入一 个线圈，当给线圈通入电 流时，它就会在电磁力的 作用下旋转起来。
（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
第四章 磁场与电磁感应 磁场与电磁感应
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
第四章 磁场与电磁感应 磁场与电磁感应
法拉第电磁感应定律：线圈中感应电动势 的大小与线圈中磁通的变化率成正比。
e t

e
磁通量
磁通量的变化量
磁通量的变化率
t
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。
第四章 磁场与电磁感应 磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
四
自感和互感
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。
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
（一）、自感 1.自感现象
演示1：
开关S合上瞬间，灯 VD1猛然亮 一下，然后熄灭。灯 VD2不亮。
演示2： 当开关S断开瞬间， 灯VD2猛然亮一下，然后熄 灭。 自感实验电路
H
B

磁场强度的单位为A/m。
NI 将 B0 0 l
带入可得
NI H l
B
表明，在一定电流值下，同一点的磁场强度不 因磁场媒介质的不同而改变。磁场强度也是一 个矢量，在均匀媒介质中，它的方向和磁感应 强度的方向一致。
第四章
二、
磁场与电磁感应
磁场对电流的作用
磁场与电磁感应
1.理解磁场对电流的作用力(电磁力)，能用左
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（二）、楞次定律
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
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。
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
（三）、法拉第电磁感应定律
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。
第四章 磁场与电磁感应 磁场与电磁感应
（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。
通电直导体在磁场中受到的电磁力
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。
近时，它们的磁力线走捷径，力图缩短，有使两磁极互相吸引的力量；
4.两同性磁极的磁力线方向相同时，总的磁性加强；两异性磁极的磁力 线方向相反时互相抵消，总的磁性减弱。
在磁场的某一区域里,如果磁力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
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磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
（二）、电流的磁场
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磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
3.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μ 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μ 示,即:
r
表
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
磁导率
物理意义：是一个用来表示媒介质导磁性能的 物理量。 符号：μ 单位：H/m。 由实验测得真空中的磁导率μ 0=4π×10-7H/m，为 一常数。
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
了解
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 μ r 表示，即：
r 0
注：相对磁导率只是一个比值。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。
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
了解
根据相对磁导率的大小，可把物质分为三类：
称为磁力。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。 任何磁体都具有两个磁极，而 且无论把磁体怎样分割总保持 有两个异性磁极。正、负电荷 可以独立存在，但磁铁的南极 和北极是不能独立存在的。
第四章
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
用一些互不交叉的闭合曲线来描述磁场,这样的曲线称为磁力线。 磁力线的疏密程度表现了各处磁场的强弱。
（2）B的大小表示磁场的强弱，B越大表示磁场越
强。
（ 3 ） B 不仅能反映磁场的强弱，还能反映磁场具
有方向性，磁场中某一点的磁场方向为该点的磁 感应强度的方向。
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
2.磁通
定义：设在磁感应强度为B的均匀磁场中，有一个 与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的 乘积，定义为穿过这个面积的磁通量，简称磁通。
I
【例题】在图中标出磁场的方向 N
—
+
（三）、磁场的主要物理量
第四章
磁场与电磁感应
磁场与电磁感应
1.磁感应强度 定义：垂直通过单位面积的磁力线数目，叫磁感
应强度，又叫磁通密度。
大 小：
B S
方 向：即为该点磁场的方向 单 位：特斯拉（T） 均匀磁场：感应强度大小、方向都相同
磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。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
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。
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磁场与电磁感应 第四章 磁场与电磁感应
【例题】判断小磁针如何转动
I N S
【例题】标出电流的方向
通入同方向电流的 平行导线相互吸引
通入反方向电流的 平行导线相互排斥
磁场对电流的作用 第四章 磁场与电磁感应
判断受力时，可以用右手螺旋法则判断每个电流 产生的磁场方向，再用左手定则判断另一个电流 在这个磁场中所受电磁力的方向。
发电厂或变电所的母线排就是这种互相平行的载
流直导体，为了使母线不致因短路时所产生的巨 大电磁力作用而受到破坏，所以每间隔一定间距 就安装一个绝缘支柱，以平衡电磁力。。 。