电磁学基础知识ppt课件

3.1 磁场与电磁感应 3.1.1 电磁学的基本物理量
1、磁感应强度B
表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
大小:
B F lI
单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2
均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向 相同的磁场，也称匀强磁场。
2、 磁通
磁通 ：穿过垂直于B方向的面积S中的磁力线总数。 在均匀磁场中 = B S 或 B= /S
磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备 中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都 放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大 的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强 度。
3.2.2 磁饱和性
磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着
外磁场的增强而无限的增强。当外磁场增大到一定
程度时，磁性物质的全部磁畴的磁场方向都链；L为自感系数，简称为电感或自感。通 常选择磁链ψ与电流 i在方向上满足右手螺旋定则。
假设线圈中的电阻等于零（由无电阻的导线绕制而成），那么这 个线圈就称之为电感元件，显然它是一个理想元件。
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当自感系数L为一个常数，即不随磁链ψ与电流I的改变而改变，这种电感元件 称为线性电感元件，否则即为非线性电感元件。
第三章 电磁学基础
3.1 磁场与电磁感应
3.2 铁磁性材料 3.3 磁路基本定律 3.4 含有铁心线圈交流电路 3.5 变压器 3.6 点火线圈与汽车传统点火系统的工作过程
第三章 电磁学基础
本章要求：
1）了解磁场的四个基本物理量和电磁感应概 念。
2）了解铁磁性材料特性及其应用。 3）理解磁路欧姆定律和磁路的基尔霍夫定律。 4）了解变压器的基本结构，掌握变压器的基 本工作原理。 5）了解点火线圈与汽车传统点火系统的工作 过程。 6）了解电磁铁的工作特性。
在均匀磁场中 Hl = IN 或 H IN l
安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。
3.1.2 电磁感应
1、电磁感应定律
法拉第电磁感应定律：
在1831年英国科学家法拉第发现：，变化的磁场能使闭合的回路产生感应 电动势和感应电流。感应电动势的大小正比于回路内磁通对电流的变化率。
楞次定律：
1833年，楞次对法拉第电磁感应定律进行补充：闭合回路中感应 电流的方向，总是使它所产生的磁场阻碍引起感应电流的原磁通的变 化。这就是楞次定律。 具体地说，如果回路由于磁通增加而引起的电磁感应，则感应电流的磁场与原 来的磁场反向；如果回路由于磁通减少引起电磁感应，则感应电流的磁场与原 来的磁场相同。简要地说，感应电流总是阻碍原磁通的变化。
铁磁性物质的磁导率µ是个变量，它随磁场的强弱而变化。 .
7.1.3 磁场强度
磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质
磁导率 之比。 H B
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)
磁场强度的大小取决于电流的大小、载流导体的形状及几 何位置，而与磁介质无关。
H和B同为矢量。H的方向就是该点B的方向。在后面学到 的磁路问题中，常常用到磁场强度这个物理量。
说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。
磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直 的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。
磁通 的单位:韦[伯](Wb) 1Wb =1V·s
3、磁导率μ 磁导率μ来表示物质的导磁性能。μ的单位是H/m(亨/米）。
真空的磁导率为常数，用 0表示，有：
0 4π107H/m
电感的欧姆 定律
di u e L
dt
注意
在直流电路中，由于电流变化率为零，所以电 感电压等于零，电感元件相当于短路。
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3.2铁磁性材料
磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。
3.2.1 高导磁性
磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡 莫合金，其 r 可达 2105 ) 。
磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。
相对磁导率 r： 任一种物质的磁导率 和真空的磁导率0的比值。
r
0
注意
不同的介质，磁导率µ也不同。磁导率值大的材料，导磁性能好。
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材料分类： 非磁性材料
磁导率与真空磁导率近似相等，即 r ≈ 1 。如空气、
木材、纸、铝等。 铁磁性材料
磁导率远远大于真空磁导率，即 r >> 1 ，可达到
几百到上万。材料如铁、钴、镍及其合金等。 所以电器设备如变压器、电机都将绕组套装在铁磁 性材料制成的铁心上。 注意
法拉第电磁感应定律和楞次定律分别从大小和方向两方面阐 述了感应电动势与磁通的关系。
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为了便于分析、表达感应电动势，通常设定感应电动势与磁通的参
考方向符合右螺旋关系，则电磁感应定律可用下式表达：对于一匝
线圈由电磁感应所产生的感应电动势为:
Φ e(t)
eNdd(N )d
dt dt dt
式中，磁通的单位为Wb；时间的单位为S；电动势的单位为V。 若线圈匝数为N匝，每匝线圈内穿过的磁通为φ，则与此线圈相交
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3.1.4 安培环路定律（全电流定律）
Hdl I
I1 H
式中： H d l 是磁场强度矢量沿任意闭合
I2
线(常取磁通作为闭合回线)的线积分；
I 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。
安培环路定律电流正负的规定：
任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是
电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右螺
旋定则的电流作为正、反之为负。
非线
对于铁心线圈来说，电感L不为常数。
性电
感 若为线性电感元件
eLdd t d(dL ti)Ld dti （2）
注
式（1）与式（2）是电动势的两种表达式，
意
一般当电感L为常数时，多采用式（2）。 而分析非线性电感时，由于L可变，一般采用式（1）。
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3、电感元件上电压与电流的关系
习惯上选择电感元件上的电流、电压、自感 电动势三者参考方向一致，则
链的总磁通称为磁链，用ψ表示,即
（１）
此时线圈的感应电动势为
式（１）不仅表明了感应电动势的大小，而且可以表明其方向。
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2、自感L
当闭合线圈通电流，就会产生磁场，那么当电流交变，就会 使磁场交变，从而在线圈自身产生感应电动势，这种现象称为 自感现象，这种电动势称为自感电动势eL。
电流通过线圈时产生的磁链ψ与电流i在大小上成正比，为了 便于分析、计算，引入一个参数L，称为线圈的自感系数，即