电工基础磁场

匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。
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。
若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若外电路是断开 的，则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。
二、电磁感应定律
法拉第电磁感应定律：电中感应电动势的大小，跟穿过
这一电路的磁通量的变化率成正比。
大量的实验表明：
单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变
化率 / t成正比，即
e t
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
第七节 互感 第八节 涡流与磁屏蔽
§4-1 磁场的基本知识
一、磁体与磁感线
某些物体具有吸引铁、镍、钴等物质的性质 叫做磁性。具有磁性的物体叫做磁体。
常见的人造磁体形式有
磁感应线
1.在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方
向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感应 线。如图所示。
磁感应线
磁感应线的特性
R L
S

电动势
E
电路欧姆定 律
I=E/R
磁 磁通 磁阻
路
L
Rm S
磁导率 磁动势 磁路欧姆定律

Fｍ＝I N
= Fｍ/Rｍ
一、电磁感§应4现-4象 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。
图4 通电螺线管的磁场方向
§4-2 磁场的基本物理量
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。
B F IL
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）
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。
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。 经常用的电感单位还有毫亨 (mH) 、微亨 (μH)
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。
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。
H NI 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。
由图可见，电流为I1时对应 的磁链Ф1，其电感为
L1

1 I1

tan 1
由图可见，电流为I2时对应的磁链Ф2，其电感为
L2

2 I2

tan 2
显然
L1 L2
三、电感线圈的参数
1．电感
电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参 数，一个是电感，一个是额定电流。
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。
三、右手定则与楞次定律的一致性
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。
一、感应电§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。
物质(都1)是顺顺磁磁物性质物：质。r 在略磁大场于中1放，置如顺空磁气性、物氧质、，锡磁、感铝应、强铅度等
B 略有增加。
(2) 反磁物质：r 略小于 1，如氢、铜、石墨、银、锌等
物质都是反磁性物质，又叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁 性物质，磁感应强度 B 略有减小。
(3) 铁磁物质：r >> 1，且不是常数，如铁、钢、铸铁、
对于N 匝线圈，有
e N t t
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 。
锰锌铁氧体
镍铁铁氧体
相对磁导率 60 000 12 950 115 000 7 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。
HB

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。
愣 次 定 律感 应 电 流 磁 场B2方 向 (与B1相 同 或 相 反)
右手螺旋定则
感应电流方向
2．楞次定律三符合、能楞量守次恒定定律律
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。
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
第五节 电感器
第二节 磁场的基本物理量 *第六节 自感
*第三节 磁路的欧姆定律 第四节 电磁感应
如果磁路的二平均、长磁度为路L，的横截欧面姆积为定S，律通电线圈的匝数
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 L
S

NI 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
电路
电流
I
电阻 电阻率
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：
镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可 使磁感应强度 B 增加几千甚至几万倍。
铁磁物质的相对磁导率
材料 钴
镍
软钢 硅钢片 未经退火的铸
铁 已经退火的铸
铁
相对磁导率 174
1 120 2 180 7000～10000
240
620
材料 镍铁合金 真空中融化的电解
铁 坡莫合金 铝硅铁粉芯
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．感应电动势的方向
在电源内部，电流从电源负极流向正极，电动势的方向也 是由负极指向正极，因此感应电动势的方向与感应电流的方向 一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。