电工基础-磁场全解

在空心电感线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫 做铁心电感线圈。常见的铁心电感线圈如图所示。
通过铁心电感线圈的电流和磁链不是正比关系， 即磁链与电流的比值不是一个常数。
二、铁心电感线圈
对于一个确定的电感线圈，磁场强度H与所通过的电流I成正比，即 H与I一一对应；磁感应强度B与线圈的磁链Ψ成正比，即B与Ψ一一对应。 可见，Ψ与I的曲线和B与H的曲线形状相同，如图所示。
三、几种常见载流导体的磁场强度
1、载流长直导线
计算：在载流长直导线产生的磁场中，有一点 P，它与导 线的距离为 r 。实验证明该点磁场强度的大小与导线中的电流

成正比，与r成反比，即
H
I 2r
方向判断：右手螺旋法则。
三、几种常见载流导体的磁场强度
2、载流螺线管
计算：计算大小：如果螺线管的匝数为N，长度为L，通电 电流为I。理论和实验证明，其内部磁场强度为：
经常用的电感单位还有毫亨 (mH) 、微亨 (μH)
1 mH = 10-3 H；
1 μH = 10-6 H
软钢 硅钢片
1 120
2 180 7000～10000
12 950
115 000 7
未经退火的铸 铁
已经退火的铸 铁
240 620
锰锌铁氧体
镍铁铁氧体
5000 1000
4.磁场强度
磁场中某点的磁场强度等于该点磁感应强度与介质磁导率
的比值，用字母H表示。
H
B

磁场强度 H 也是矢量，其方向与磁感应强度 B 同向，国际 单位是：安培/米 (A/m)。 必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的 电流I的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。
结论－产生感应电流的条件
闭合回路中的一部分道理在磁场中作切割磁感线运动时， 回路中有感应电流。
二、右手定则
当闭合回路中的导线作切割磁感线运动时，所产生的 感应电流方向可用右手定则来判断。
伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平 面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指 所指的即为感应电流的方向。
2、磁通
在磁感应强度为 B 的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直， 面积为 S 的平面，则 B 与 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通 量 ，简称磁通。即
= BS
磁通的国际单位是韦伯 (Wb) 。由磁通的定义式，可得
B

S
即磁感应强度 B 可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感 应强度 B 也常叫做磁通密度，并用 Wb/m2 作单位。
电感量L也称自感系数，是用来表示电感元件自感应能力的物理量。 当通过一个线圈的磁通发生变化时，线圈中便会产生电势，这就是电 磁感应现象。电势大小正比于磁通变化的速率和线圈匝数。自感电动势的 方向总是组织电流变化的，犹如线圈具有惯性，这种电磁惯性的大小就用 电感量L来表示。
电感L的SI单位是亨利，符号为H，简称亨。
3、磁导率μ
若在磁场中放置某种物体（例如将软铁插入线圈），磁场的 强弱会受到影响。放置不同的物质，对磁场强弱的影响不同。放 置物质处的磁感应强度 B 将发生变化，磁介质对磁场的影响程度 取决于它本身的导磁性能。 物质导磁性能的强弱用磁导率 来表示。 的单位是： 亨利/米(H/m)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下， 值 越大，磁感应强度 B 越大，磁场越强； 值越小，磁感应强度 B 越小，磁场越弱。 真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示 0 = 4 107 H/m
NI H L
方向判断：右手螺旋法则。
一· 磁路
*§4-3 磁路的欧姆定律
磁通所经过的路径叫做磁路。
为了使磁通集中在一定的路径上来获得较强的磁场，常常 把铁磁材料制成一定形状的铁心，构成各种电气设备所需的 磁路。 与电路类似，磁路分为无分支磁路和有分支磁路。 利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路 相比，漏磁现象比漏电现象严重的多。全部在磁路内部闭合 的磁通叫做主磁通。部分经过磁路，部分经过磁路周围物质 的闭合磁通叫做漏磁通。为了计算简便，在漏磁不严重的情 况下可将其忽略，只计算主磁通即可。
1、磁感应强度
在磁场中垂直于此磁场方向的通电导线，所受到的磁场力 F跟电流强度I和导线长度L的乘积IL的比值，叫做通电导线所 在处的磁感应强度，用B表示。 磁感应强度是矢量：B的方向与磁 场方向相同，即与小磁针N极受 力方向相同。 单位：特斯拉（T）
F B IL
匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。
电
电 流 电 阻 电阻率 电动势 电路欧姆定 律
路
I 磁 通 磁 阻 磁导率 磁动势
磁
路

L R S

E I=E/R
L Rm S

Fｍ ＝ I N
磁路欧姆定律
= Fｍ/Rｍ
§4-4 电磁感应现象
在磁可否生电这个问题上，英国物理学家法拉第坚信，电 与磁决不孤立，有着密切的联系。为此，他做了许多实验，把 导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不 拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学 又一崭新天地。
二、磁路的欧姆定律
如果磁路的平均长度为 L，横截面积为S，通电线圈的匝 数为N，磁路的平均长度为 L，线圈中的电流为 I，螺线管内 的磁场可看作匀强磁场时，磁路内部磁通为
HS NI NI S L L S
一般将上式写成欧姆定律得形式， 即磁路欧姆定律
Fm Rm
磁路与电路的比较
线密的地方磁场强；疏的地方磁场弱。
2. 在磁铁外部，磁感应线从N极到S极；在磁铁内
部，磁感应线从S极到N极。磁感应线是闭合曲线。
3. 磁感应线不相交。
二、电流的磁效应
奥斯特：通电导体的周围存在磁场，这种现象叫电流的磁效应。
磁场方向决定于电流方向，可以用右手螺旋定则来判断。
1、直线电流产生的磁场
方法是：用右手握住载流直导体，拇指伸直并指向电流方向， 则弯曲的四指的指向伸直的拇指所指的方向就是磁感应线方 向。
右手定则和楞次定律都可用来判断感应电 流的方向，两种方法本质是相同的，所得的 结果也是一致的。 右手定则适用于判断导体切割磁感线的情 况，而楞次定律是判断感应电流方向的普遍 规律。
感应动势§4-5 电磁感应定律
1．感应电动势
电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路 中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势叫感应电动 势。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁场 中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。
图3 通电长直导线的磁场方向
二、电流的磁效应－磁场方向判定
磁场方向决定于电流方向，可以用右手螺旋定则来判断。
2、通电螺线管的磁场方向
螺线管通电后，磁场方向仍可用右手螺旋定则来判定：用右手握住螺
线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。
图4 通电螺线管的磁场方向
§4-2 磁场的基本物理量
t e N t t
e
式中负号反映楞次定律的内容，即感应电流的磁通总 是阻碍产生感应电流的磁通的变化，它并不表示算出的感 应电动势得值一定小于零。
§4-6 电感器
在电子技术和电力工程中，常常遇到由导线绕制 而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈，日光灯电 路中的镇流器等等，这些线圈统称为电感线圈，也 叫电感器 。
电工基础
2010级电子班
第四章 磁场与电磁感应
电与磁之间有着密切的联系，几乎所有的电子设备都应 用到磁和电磁感应的基本原理。本章重点介绍电流的磁效应、 磁场的基本物理量、磁路及电磁感应等内容。 第一节 磁的基本知识 第二节 磁场的基本物理量 *第三节 磁路的欧姆定律 第四节 电磁感应 第五节 电感器 *第六节 自感 第七节 互感 第八节 涡流与磁屏蔽
右手螺旋定则
感应电流方向
三、楞次定律
2．楞次定律符合能量守恒定律
由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍原磁通的 变化，即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此，要想保持它 们的相对运动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功 将其他形式的能转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产 生的。
三、右手定则与楞次定律的一致性
N
一、空心电感线圈
磁通与磁链都是电流I的函数，都随电流的变化而变化。 理论和实验都可以证明，磁链与电流I成正比，即
LI或L I
电感L的SI单位是亨利，符号为H，简称亨。 经常用的电感单位还有毫亨 (mH) 、微亨 (μH) 1 mH = 10-3 H； 1 μH = 10-6 H
用右手定则判定导体与磁场发生相对运动时产生的感 应电流方向较为方便。如何来判定闭合电路的磁通量发生 变化时，产生的感应电流方向呢？
楞次定律
三、楞次定律
楞次定律指出：感应电流的方向，总是使感应 电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，它 是判断感应电流方向的普遍规律。 1．应用楞次定律判断步骤
愣次定律 感应电流磁场 B2方 向 原磁通变化(增加或减少 ) (与B1相 同 或 相 反 ) 原磁场B1方向
实验步骤:
图4-14 电磁感应实验
1、导线AB在磁场中做切割磁感线的运动。
2、导线AB沿着平行磁感线的方向运动。
实验现象:
电磁感应实验
1、电流计指针发生偏转，表明闭合回路中有电流通过。
2、电流计的指针不动，表明回路中没有电流。
像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用
电磁感应的方法产生的电流，叫感应电流。
电感元件在电子电路中主要与电容组成LC谐振 回路，其作用是调谐、选频、振荡、阻流及带通 （带阻）滤波等。
•最常的电感器分类方法：根据线圈内有无铁芯，分为空心和铁心电感线圈。
常用电感元件实物图及符号
一、空心电感线圈