磁场的基本物理量资料
大学物理磁学部分复习资料..
41 磁 学基本内容一、稳恒磁场 磁感应强度1. 稳恒磁场电流、运动电荷、永久磁体在周围空间激发磁场。
稳恒磁场是指不随时间变化的磁场。
稳恒电流激发的磁场是一种稳恒磁场。
2. 物质磁性的电本质无论是永磁体还是导线中的电流,它们的磁效应的根源都是电荷的运动。
因此,磁场是运动电荷的场。
3. 磁感应强度磁感应强度B是描述磁场的基本物理量,它的作用与E 在描述电场时的作用相当。
磁场对处于其中的载流导线、运动电荷、载流线圈、永久磁体有力及力矩的作用。
可以根据这些作用确定一点处磁场的强弱和方向——磁感应强度B。
带电q 的正点电荷在磁场中以速度v运动,若在某点不受磁力,则该点磁感应强度B 的方向必与电荷通过该点的速度v平行。
当该电荷以垂直于磁感应强度B 通过该点时受磁力⊥F ,则该点磁感应强度大小qvF B ⊥=,且⊥F ,v ,B两两互相垂直并构成右手系。
二、毕奥—萨伐尔定律 运动电荷的磁场1. 磁场的叠加原理空间一点的磁感强度等于各电流单独存在时在该点产生磁感应强度的矢量和:∑=ii B B 可推广为 ⎰=B d B42B d是电流强度有限而长度无限小的电流元l d I 或电流强度无限小而空间大小不是无限小的元电流的磁场。
上式中矢量号一般不能略去,只有当各电流产生磁场方向相同时,才能去掉矢量号。
2. 毕奥—萨伐尔定律电流元l d I 在空间一点产生的磁场B d为: 304rr l d I B d πμ⨯= 大小: 02I sin(I ,r)dB 4r dl dl μπ∠=方向:B d 垂直于电流元l d I 与r 所形成的平面,且B d与l d I 、r构成右手螺旋。
3. 电流与运动电荷的关系导体中电荷定向运动形成电流,设导体截面积为S ,单位体积载流子数为n 。
每个载流子带电q ,定向运动速率为v ,则nqvS I =。
电量为q 的带电体作半径为R 、周期为T 的匀速圆周运动相当于半径为R 、电流强度T q I /=的圆电流,具有磁矩TqR I R p m 22ππ==。
地磁
第一节 地球的磁场
一 、磁场的基本物理量 磁化率
M H
称为介质的磁化率。 磁化率表示物质磁化的难易程度。 值越大,说明越容易磁化。由于值是表 示岩石磁性强弱的物理量,所以它是磁法 勘探的物性依据。
第一节 地球的磁场
一 、磁场的基本物理量 物质的磁性:反磁性、顺磁性、铁 磁性
反磁性:磁化率很小,可看成无磁性物质。(1~-2)*10-6CGSM。岩盐、石油、方解石 顺磁性:磁化率(0~500 )*10-6CGSM。黑云母、 辉石、褐铁矿。 铁磁性:几千~几百万个10-6CGSM。只有铁、 镍、钴以及它们的化合物、合金,铬、锰合金。
2M s 当x 0时,Z max h2 若令Z a 0, 则 x0 h
水平圆柱体磁场
水平圆柱体磁场
任意走向水平圆柱体的磁异常剖面
水平圆柱 体不同有 效磁倾角 时的剖面 曲线
板状体磁场
A 薄板状体的磁场 B 厚板状体磁场 C 顺层磁化无限延深厚板
无限延深厚板(顺层磁化)的座标
第六节 磁性体的磁场
正问题的假设 (1)磁性体为简单的几何形状;(2) 磁性体是均匀磁化的;(3)天然剩磁与 感应磁化强度方向相同;(4)磁性体孤 立存在;(5)观测面是水平的。
第六节 磁性体的磁场
一、柱体磁场
单极的磁场
第六节 磁性体的磁场
单极的磁场
b.双极磁场
Z a Z a (-m) Z a ( m)
F 1 40 QmQm 0 3 γ
磁场强度
F 1 Qm H 3 γ Qm 0 40
第一节 地球的磁场
一 、磁场的基本物理量 磁感应强度(毕奥—沙伐尔定律)
0 ldl r B 3 4 L r
1.2_电磁学基本知识解析
磁位差
公式:
总磁动
Ni H k lk H1l1 H 2l2 H
k 1
3
常用物理量和定律
3、均匀磁路的欧姆定律 磁通量Φ 等于磁通密度乘以面积:
BA
磁场强度等于磁通密度除以磁导率: H B 于是 Hl Ni 可写为:
电磁学基本知识
• 常用的物理量和定律 • 常用的铁磁材料及其特性
法拉第
M.法拉第(1791~1869)伟大的物理学家、化学家、19世纪最伟大的实 验大师。右图为法拉第用过的螺绕环
电磁学基本知识
导言:
• 100多年前,人们从电磁现象出发,总
结出系统的电磁理论。一个最直接的产品
就是电机。电磁理论是研究电场、磁场、
常用物理量和定律
补充B和H的区别: •磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质(即磁场 强弱和方向)的两个物理量。
•由于磁场是电流或者说运动电荷引起的,而磁介质
(除超导体以外不存在磁绝缘的概念,故一切物质均 为磁介质)在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响 (场的迭加原理)。 •因此,磁场的强弱可以有两种表示方法。
常用物理量和定律
磁力线
(1)磁感应线的回转方向和电流方向之间的关系遵守右手螺旋法则. (2)磁场中的磁感应线不相交,每点的磁感应强度的方向确定唯一. (3)载流导线周围的磁感应线都是围绕电流的闭合曲线.
常用物理量和定律
2. 磁通量Φ (磁通) 垂直通过磁场中某一面积的磁力线数称为通过该面
积的磁通量(磁通),符号、单位Wb (韦伯).
常用物理量和定律
主磁路:主磁通所通过的路径。 漏磁路:漏磁通所通过的路径。 励磁线圈:用以激励磁路中磁通的载流线圈。
励磁电流:励磁线圈中的电流。
常用基本电磁定律
垂直穿过某截面积的磁力线总和。单位:Wb
F SΒ dA
对于均匀磁场,若B与S垂直,则 F BA
磁场强度H
计算磁场时引用的物理量(实际也在存在的)。单位:A/m B=μH
μ:导磁材料的磁导率。
注意:B的大小与磁场环境有关,H的大小与磁场内在因素有关.
3
电磁学的基本定律
1.3.2 法拉第电磁感应定律—— 磁生电
14
1.4.2 软磁材料与硬磁材料
1、软磁材料——磁滞回线较窄。 硅钢片、铸铁、铸钢、铁氧体等。 用于制作电器设备的铁心。
2、硬磁材料——磁滞回线较宽。 铷铁硼、铁钴钐。 用于制作永久磁铁。
B H(i)
B H(i)
15
1.4.3 铁心损耗
铁耗
磁滞损耗 :由磁畴相互摩擦发热造成
Ñ ph fV HdB Ch fBmnV
11
二、磁化曲线和磁滞回线
1、起始磁化曲线
Φ i
物体从无磁性开始,磁
场强度H(i)由零逐渐增
加时,磁通密度B将随 B μ= B/H
பைடு நூலகம்
之增加。用B=f (H)描述
c
的曲线就称为起始磁化
b
曲线。
a
O
磁饱和现象
d B=f (H)
导磁性能的 非线性现象
H∝i
12
2、磁滞回线
Φ
磁滞回线——当H在Hm和- Hm i 之间反复变化时,呈现磁滞现
第1章 磁路 本章内容
磁路的基本知识 电磁学基本定律 常用磁性材料及其特性
1
第一节 磁路的基本定律
一、磁场的几个常用物理量
1.磁感应强度(磁密) B
•表征磁场强弱及方向的物理量。单位:特斯拉T(Wb/m2)
磁感应强度与磁场的关系
磁感应强度与磁场的关系磁感应强度(B)是描述磁场强度的物理量,是衡量磁场对物体施加力或对电流产生力矩的指标。
磁感应强度与磁场的关系是一个重要的研究课题,在理论物理和实际应用中都有广泛的应用。
本文将就磁感应强度与磁场的关系进行深入探讨。
一、磁感应强度的定义和基本性质磁感应强度(B)是指在磁场中一个空间点受到的磁力的物理量。
它的单位是特斯拉(T)。
根据安培定律,磁感应强度与电流的关系可由以下公式描述:B = μ₀ * (I / 2πr)其中,B为磁感应强度,μ₀为真空的磁导率,I为电流,r为距离电流的距离。
磁感应强度的性质包括大小、方向和空间分布等。
在电流产生磁场时,磁感应强度的大小与电流成正比,与距离的平方成反比。
在距离电流足够远的时候,磁感应强度与距离无关。
其方向由右手定则确定,垂直于电流方向和距离电流的方向,指向磁场线的方向。
二、磁感应强度是磁场的物理量,两者密切相关。
磁感应强度在磁场中的分布形式与磁场的形状和磁源的特性有关。
磁场的强度和方向都可以通过磁感应强度来确定。
在磁感应强度与磁场的关系中,磁感应强度是描述磁场强度的基本物理量。
通过测量空间中不同点的磁感应强度,我们可以绘制出磁力线,描绘出磁场的分布。
磁感应强度的大小取决于磁场强度的大小,从而给出了磁场在空间中的强弱关系。
磁感应强度与磁场的关系还表现在磁场之间的相互作用上。
根据洛伦兹力的原理,当一个带电粒子运动时,如果有磁场存在,磁感应强度将对带电粒子施加力。
这个力的大小与磁感应强度和带电粒子的速度有关。
这个力对运动轨迹的影响和磁感应强度的大小和方向相关。
三、磁感应强度与电磁感应的关系磁感应强度与电磁感应之间存在密切的关系。
根据法拉第电磁感应定律,当磁场的磁感应强度发生变化时,将在电磁感应环路中产生感应电动势。
这个感应电动势的大小与磁感应强度的变化率成正比。
利用磁感应强度与电磁感应的关系,可以实现电磁感应现象的应用。
在发电机、变压器等电气设备中,通过磁感应强度的变化产生感应电动势,从而将机械能或电能转换为电能。
1.2 电磁学基本知识
饱和点 膝点
跗点
分析:
(1)开始磁化阶段oa段。外磁场较 弱,磁通密度增加得不快。
(2)磁通很快增加阶段ab段。随着 外磁场的增强,大量磁畴开始转 向,B增加很快。
(3)达到饱和阶段bc段。可转向的 磁畴越来越少,B值增加的越来 越慢。这种现象称为饱和。b点 称为膝点。
(4)饱和后阶段cd段。饱和后磁化 曲线基本成为与非铁磁材料的特 性相平行的直线。
常用铁磁材料及其特性
知识点: 铁磁材料的磁阻随饱和度增加而增大。
应用: 设计电机和变压器时,为使主磁路内得 到较大的磁通量而又不过分增大励磁磁动势, 通常把铁心内工作点的磁通密度选择在膝点附 近。
常用铁磁材料及其特性
2、磁滞回线 剩磁:当H从零增加到Hm时, B相应地从零增加到Bm;然 后再逐渐减小H,B值将沿曲 线ab下降。当H=0 时,B值 并不等于零,而是Br。这就 是剩磁。 磁滞回线:当H在Hm和- Hm
主磁路:主磁通所通过的路径。 漏磁路:漏磁通所通过的路径。 励磁线圈:用以激励磁路中磁通的载流线圈。 励磁电流:励磁线圈中的电流。
直流:直流磁路 ,例如:直流电机 交流:交流磁路,例如:变压器
常用物理量和定律
三、磁路的基本定律
1、安培环路定律
定律内容: 沿任何一条闭合磁回路L,磁场强度H 的
线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和 。
如何写数学表达式 e N d
dt
正方向的规定:
2)按右手螺旋关系规定正方向
磁通的参考 方向朝上
右手判定 电流方向 A→X
e的正方向 从A指向X
e N d dt
-i +
常用铁磁材料及其特性
铁心的增磁功能
思考:铁心环与塑料环中的磁场强度和磁通密度有何区别?
第二章 磁与电磁
2、闭合开关,当拨动滑动变阻器滑片,使一 次线圈中的电流迅速增加或迅速减少时,电流计指 针发生偏转,表明二次线圈回路中有感应电流。
结论:当穿过闭合回路的磁能量发生变化时, 回路中就有感应电流产生。
本质分析:
1、第一种说法:V↑↓(
I) 2、Φ
↑↓
V↑↓
S↑↓
Φ↑↓
I
所以无论是导体做切割磁力线运动还是磁通量 发生变化本质统一的,结果是一致的。
—— 左手定则
l
I
B
F
第三章 电磁现象和磁路
第六节 磁场对通电导体的作用力
二、平行载流直导体间的相互作用力
法国物理学家安培(1775—1836)发现,平行导线 间有相互作用力。 B1 F12 F B2 F2 F1 B1
B2
当电流方向相同时是吸引力 当电流方向相反时是排斥力
例题
如图所示,两根互相平行的通电直导体,给它们通以相 同方向的电流,它们将互相吸引还是排斥?
电磁感应:
磁转化为电的现象称 电磁感应。
A
N
B
运动方向(1) 运动方向(2)
感应电动势:
-
+
S
由电磁感应现象产生的电动势。
第三章 电磁现象和磁路
第七节 电磁感应
一、直导体中的感应电动势 (一)导体切割磁力线产生感应电流 (二)直导体中感应电动势方向的判定 右手定则:
平伸右手,拇指 与其余四指垂直,使 磁力线穿过手心,拇 指的指向表示导体的 运动方向,其余四指 的指向就是感应电动 势的方向。
第三章 电磁现象和磁路
第七节 电磁感应
(四)楞次定律-----判断感应电动势(电流) 的方向
在1834年,德国科学家楞次首先发现确定感应电流 方向普遍适用的规律,即楞次定律。
磁场和磁场强度
a
I
∵ Id l // r , Id l × r = 0 ∴ B = 0 P
例2:一正方形载流线圈边长为 b,通有电流为 I,求正 : 通有电流为 , 方形中心的磁感应强度 B. . 解:o 点的 B 是由四条载流边分别 产生的,它们大小,方向相同, 产生的,它们大小,方向相同, θ2
B= B1+ B2+ B3+ B= 4B1 4
I
dI dx
I 电流元电流 dI = dx a 0dI 0 Idx dB = = 2πx 2πax
B = ∫ dB =
a +b
o
x
b a
x
∫
b
0 Idx 0 I a + b = ln 2πa b 2πax
13
例4:一载流圆环半径为 :一载流圆环半径为R Idl 通有电流为 I,求圆环轴 , 线上一点的磁感应强度 B. . R 解:将圆环分割为无限 I o 多个电流元; 多个电流元; 电流元在轴线上产生 的磁感应强度 dB 为:
∴dB =
o
2 [R2 + (x l)2 ]32
统一变量: 统一变量: x l ∵
= Rctgβ R ∴dl = dβ 2 sin β
sin β = 3 2 2 2 R [R + (x l) ] R
4
二,磁场
磁铁和运动电荷(电流)会在周围空间激发场---磁场 运动电荷(电流)会在周围空间激发场 磁场 运动电荷 磁铁与磁铁,磁铁与电流, 磁铁与磁铁,磁铁与电流,电流与电流之间都是 通过磁场相互作用的. 通过磁场相互作用的. 磁场的基本性质:对运动电荷(电流)有力的作用. 磁场的基本性质:对运动电荷(电流)有力的作用. 电流 电流 磁场 磁场是一种物质, 其物质性体现在: 磁场是一种物质, 其物质性体现在: 1)磁场对磁铁,对电流,对运动电荷均有磁作用力; )磁场对磁铁,对电流,对运动电荷均有磁作用力; 2)载流导体在磁场中移动时,磁场的作用力对它作功. )载流导体在磁场中移动时,磁场的作用力对它作功. 磁场是一种客观存在,是物质存在的一种形式. 磁场是一种客观存在,是物质存在的一种形式. 恒定磁场—在空间的分布不随时间变化的磁场 在空间的分布不随时间变化的磁场. 恒定磁场 在空间的分布不随时间变化的磁场. 注意:无论电荷是运动还是静止, 注意:无论电荷是运动还是静止,它们之间都存在着库 仑相互作用,但只有运动着的电荷才存在着磁相互作用. 仑相互作用,但只有运动着的电荷才存在着磁相互作用.
磁路
-H
0
H
d1
12
-B
铁磁材料的基本特性
基本磁化曲线 • 基本磁化曲线一般只用第一象限。
H H i 1800 3600 i 0 t
随电流的反复变化,外加H方向也变化,小磁畴的方向随H 的方向来回变化,在磁畴之间摩擦生热,消耗功率; 电流越大,损耗越大; 磁滞回线面积越大,Bm幅值也越大,磁滞损耗越大。
19
铁磁材料的铁损耗
• 磁滞损耗计算经验公式
ph Ch fB V
n m
Ch :为材料的磁滞损耗系数,与材料有关;
(假定铁芯最初未被磁化) 形成一对称原点的 闭合曲线,称为磁 滞回线。
B
Bm
a
Br
Hm
b
c
Hc
f Hm
H
e
d
Bm
9
几个相关的重要概念
剩磁(remanant magnetization):去掉外磁场之后,铁 磁材料内仍然保留的磁通密度。 B 矫顽力:要使B值从最大 值减小到零,必须加上 相应的反向外磁场,此 反向磁场强度称为矫顽 力。
d L d L eL N dt dt
i
32
d L d L eL N dt dt
如果线圈为空心线圈,由于空心线圈组成的磁 路无饱和现象,磁导率为常数,则线圈的自感磁链 与产生它的励磁电流I成正比,有:
BH i
L Li
式中,L为比例常数,称为线圈的自感系数,简 称自感,单位为亨,符号为H,于是自感电动势可 表示为:
磁场及其基本物理量
Ф = BS
磁通量的单位是 Wb(韦伯),
1 Wb = 1 T × 1 m2
2、磁通量
1. 定义
2、磁通量
2. 公式
用字母Ф 表示, 即Ф = BS(B 与S 垂直) Ф = 0 (B 与S 平行)
2、磁通量
3. 单位
Wb(韦伯),1 Wb = 1 T × 1 m2
磁场的主要物理量
1、磁感应强度(磁通密度) 2、磁通量 3、磁导率
4、磁场强度
3、磁导率
当我们用一个插有软铁芯的通电线圈去吸引 铁钉,然后把通电线圈中的软铁芯抽出变成
空心线圈再去吸引铁钉,便会发现两种情况
下吸引力大小不同,前者比后者大得多。
3、磁导率
这表明磁场的强弱不仅与电流的大小和导体 的形状有关,还与磁场中磁介质的导磁性能
有关。
3、磁导率
磁导率μ 就是一个用来表示磁介质导磁 性能的物理量。和不同材料有不同导 电能力一样,不同的磁介质有不同的 磁导率,它的单位为H/m(亨/米)
4、磁场强度
磁场中某点的磁通密度B与媒介质磁导率μ 的比 值,叫做该点的磁场强度,用H来表示
即: H=B/μ
4、磁场强度
磁场强度也是一个矢量,在均匀的媒介质中, 它的方向是和磁感应强度的方向一致的
4、磁场强度
在国际单位制中,它的单位为A/m(安/米)。工 程技术中常用辅助单位A/cm(安/厘米)
课堂练习
3.如图所示,两个半径相同,粗细相同互相垂直的圆形导线圈,可以 绕通过公共的轴线xx′自由转动,分别通以相等的电流,设每个线圈 中电流在圆心处产生磁感应强度为B,当两线圈转动而达到平衡时, 圆心O处的磁感应强度大小是( ) (A)B (B) B (C)2B (D)0 4.如图所示,套在条形磁铁外的三个线圈,其面积S1>S2= S3,且 “3”线 圈在磁铁的正中间。设各线圈中的磁通量依次为φ1、φ2、φ3则它们的大 小关系是( ) A、φ1>φ2>φ3 B、φ1>φ2=φ3 C、φ1<φ2<φ3 D、φ1<φ2=φ3 5.铁磁物质的相对磁导率是_______。 (A)μ r<1 ( B) μ r > 1 (C)μ r>>1
磁场的主要物理量课件
目 录
• 磁场的基本概念 • 磁感应强度 • 磁场线 • 磁通量 • 磁场能量 • 磁场力
01
磁场的基本概念
磁场的定义
总结词
磁场的定义是指磁场中任意一点处,磁感应线对该点的切线方向和大小。
详细描述
磁场是一种物理场,它存在于磁体、电流和变化的电场周围。在磁场中,磁感 应线表示磁场的方向和强度,磁感应线的疏密程度表示磁场强度的大小。
磁通量的计算方法
磁通量可以通过积分计算,计算公式为:∮B·dS = BSsinθ, 其中B为磁场强度,S为穿过平面的面积,θ为B与S之间的夹 角。
对于矩形线圈,磁通量也可以通过以下公式计算:Φ=BS, 其中B为磁场强度,S为线圈面积。
05
磁场能量
磁场能量的定义
磁场能量是指磁场本身所具有的 能量,它与磁场强度和磁感应强 度的大小、方向和分布情况有关
02
磁感应强度
磁感应强度的定义
磁感应强度是描述磁场强弱和 方向的物理量,表示每单位长 度的磁力线数。
它是一个矢量,具有大小和方 向,遵循矢量叠加原理。
磁感应强度的大小与磁力线的 密度成正比,表示磁场对放入 其中的磁体或电流的作用力。
磁感应强度的单位
01
国际单位制中的磁感应强度单位 是特斯拉(T),1 T = 1 Wb/m² = 1 N/(A·m) = 1 J/(A·m²)。
磁力线的疏密程度
通过磁力线的疏密程度可 以判断磁场的强弱,从而 更好地了解电磁感应现象 。
04
磁通量
磁通量的定义
磁通量是指磁场中穿过某一平面的磁 感线的条数,是描述磁场分布的一个 重要物理量。
磁通量的大小与磁场强度、磁感线密 度以及穿过平面的面积有关。
磁场强度的量纲(3篇)
第1篇一、引言磁场是自然界中一种重要的物理现象,它广泛存在于日常生活、科学研究和技术应用中。
磁场强度作为描述磁场性质的基本物理量,在物理学、工程学等领域有着广泛的应用。
本文将详细探讨磁场强度的定义、单位、量纲及其在物理学中的应用。
二、磁场强度的定义磁场强度,又称磁感应强度,用符号B表示,是描述磁场对运动电荷或磁体作用力的物理量。
在磁场中,磁场强度B等于单位正电荷所受到的洛伦兹力F与电荷速度v的比值,即:\[ B = \frac{F}{qv} \]其中,F表示洛伦兹力,q表示电荷量,v表示电荷速度。
三、磁场强度的单位磁场强度的单位有特斯拉(T)和高斯(G)两种。
特斯拉是国际单位制中的单位,1特斯拉等于1牛顿/安培·米(1T=1N/A·m)。
高斯是CGS制中的单位,1高斯等于1高斯=10^{-8}特斯拉(1G=10^{-8}T)。
四、磁场强度的量纲量纲是物理量的性质,表示物理量之间的内在联系。
磁场强度的量纲可以通过其定义公式推导得出。
根据磁场强度的定义公式:\[ B = \frac{F}{qv} \]我们可以分析出以下量纲:1. 力F的量纲为MLT^{-2}(质量×长度×时间^{-2});2. 电荷量q的量纲为Q(电荷);3. 速度v的量纲为LT^{-1}(长度×时间^{-1})。
将这三个量纲代入磁场强度的定义公式,可以得到磁场强度B的量纲:\[ [B] = \frac{[F]}{[qv]} = \frac{MLT^{-2}}{QT^{-1}} = ML^{-1}T^{-1}Q^{-1} \]因此,磁场强度的量纲为ML^{-1}T^{-1}Q^{-1}。
五、磁场强度在物理学中的应用1. 磁场强度在电磁学中的应用磁场强度是电磁学中的重要物理量,与电场强度、电荷量、电流等物理量密切相关。
在电磁学中,磁场强度主要用于描述磁场对运动电荷或磁体作用力的大小和方向。
磁场和磁感应强度
磁场和磁感应强度磁场是一种特殊的物理现象,它由带有磁性的物质产生,并围绕着该物质形成一个区域,该区域内存在磁力作用。
与磁场密切相关的概念是磁感应强度,它是用来描述磁场强度的物理量。
本文将介绍关于磁场和磁感应强度的基本原理,并探讨它们对于我们日常生活和科学研究的重要性。
一、磁场的基本概念磁场是由带有磁性的物质产生的,它是一种没有物质的媒介,不同于声波、光波等需要媒介传播的物理量。
磁场是一种无形的力场,可以影响周围的物质和电荷运动。
磁场的强弱可以用磁感应强度来衡量。
二、磁感应强度的定义和计量单位磁感应强度是用来描述磁场强度的物理量,通常用字母B表示。
磁感应强度的计量单位是特斯拉(Tesla),简写为T。
在国际标准单位制中,1特斯拉定义为对一段导线单位长度上通过的电流为1安培时,引起的距离导线1米处的直线传导的磁感应强度等于2π×10^-7 T。
三、磁场对物质的影响磁场可以对带有磁性的物质产生吸引或排斥的力,这种现象被称为磁作用。
当一个磁体靠近另一个磁体时,它们之间会相互作用,如果两个磁极相同,则会互相排斥;如果两个磁极不同,则会互相吸引。
除了对带有磁性的物质有作用外,磁场还对电荷和运动的电荷有影响。
根据洛伦兹力的原理,当电荷在磁场中运动时,会受到力的作用,这个力被称为洛伦兹力。
洛伦兹力的大小与电荷的速度、磁感应强度以及电荷所受力的方向有关。
四、磁场的应用磁场在我们的日常生活和科学研究中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用:1. 电动机和发电机:电动机利用磁场和电流的相互作用,将电能转化为机械能,实现设备的运转。
而发电机是电动机的逆过程,通过机械能转化为电能。
2. 磁共振成像:磁共振成像(MRI)是一种利用磁场和高频脉冲信号来观察人体内部组织结构的医学诊断技术。
它能够提供高分辨率的影像,对于诊断疾病有着重要的作用。
3. 磁记录:磁记录技术广泛应用于磁带、硬盘等存储介质中,通过有效地在介质上记录和读取磁信号,实现信息的存储和传输。
磁学基本参数
磁学中的基本物理量公式:HL=IN (全电流定律)H磁化强度;L磁路长度;I电流;N匝数μ=B/H B磁感应强度;H磁化强度(也叫磁场强度)Ф=B*S=L*I S横截面积;L电感量;I电流U=dФ/dt=L*di/dt Ф磁通量;t时间;L电感量;一、电流引出的物理量电子在导体中的定向移动,称为电流磁场是电流产生的,电流总是被磁场包围有了电流,如果周围有某种导磁材料存在,则电流产生的磁场就会对导磁材料产生一个影响力,即在材料中产生一个力。
这个力就是磁场强度(也叫磁化强度),用H表示导磁材料受到H的作用,会在内部产生磁力线(形象化表示),就是B,叫做磁感应强度相同的外加磁化强度对不同的导磁材料产生作用时,产生的B是不一样的,这就引出表征不同材料特性的物理量,磁导率μ,它表征了一种材料的导磁能力,导磁能力越强,在相同的磁化强度下,磁力线产生的越多,真空磁导率μ0=4∏×10-7H/m空气磁导率与导磁材料磁导率有很大差别,即它们之间的导磁能力不一样,也就是它们对磁的阻碍能力不一样,也即磁阻不一样磁通跟电流有相同的特性,总是喜欢走比较容易走的路,这就是磁芯会把电流产生的磁通限制在磁芯内的原因,当然肯定会有漏磁通从这点可以看出,磁导率越大,漏磁通会越小。
磁导率与单匝感量之间的关系:AL=Ф/i=B*S/I=μS/L L平均磁路长度B实际可以看做一个密度值,即磁力线的密度,因此它又叫磁通密度,相当于电学中的电流密度,磁力线的总量可以用B在面积上的积分来计算即:Ф= s Bds=BS这个磁力线的总量就是磁通量Ф它的变化速度决定了线圈产生反电势的大小电感量:单位电流产生的总磁通链,用L表示ψ=NФ=Li L=ψ/i另外,电感计算一般通过单匝感量乘以匝数的平方,L=AL*N2此公式的来源:单匝感量通过测试得出,或已知磁导率计算得出,N*N来自于单匝自感加上匝与匝之间的互感。
提示:1.电感阻止电流变化的特性实际就是阻止电感磁芯中磁通变化的特性楞次定律:感生电流总是试图维持原磁通不变2.电感储能能力We=(1/2)Li2二、实际应用中的物理量B S饱和磁通密度,磁芯达到饱和后,继续增加电流,磁通也不会再增加,此时磁芯感量为0B r剩磁,铁磁物质磁化到饱和后,有将磁场强度下降到零时,铁磁物质中残留的磁感应强度,称为剩余磁感应强度HC矫顽力,磁芯在磁化之后,即使外部磁化强度消失,磁芯内部仍会有剩磁,要把剩磁完全消掉需要施加一个反向的磁化强度,这个反向的磁化强度就是矫顽力,矫顽力的存在是磁芯产生损耗的原因之一磁致伸缩系数,表示磁致伸缩效应大小的系数,定义为物体有无磁场时的长度之差与无磁场时的长度的比值。
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l
s
Rm 称为磁阻
S L
则: F NI L Rmφ S
磁路中的 欧姆定律
注:由于磁性材料 是非线性的,磁路欧姆定律多用作定性
分析,不做定量计算。
7.4 直流磁路
直流磁路的励磁线圈中通入的是直流电流,磁路的磁通势和磁通都是恒定的。 下面就通过两道例题,介绍简单直流磁路的计算方法。 例1 一个环形线圈如图所示,其外径D1=86mm,内径D2=74mm,线圈匝数 N=100,励磁电流I=1.25A。若环形线圈的心子分别采用铸钢、电工钢片和非磁性 材料塑料制成,试分别计算磁路中的磁通和它们的磁导率。
图 包含气隙的环形铁心
例题2 一线圈,匝数 N 1000 ,绕在铸钢制成的铁心上,铁心截面积S=20 cm2 铁心平均长度 l 50cm ,该磁路如图所示。
(1)欲在铁心中产生磁通 0.002 Wb,应在绕组中通入多大的直流励磁电流?
(2)若在贴心中加入一个0.2cm的空气隙,欲保持磁通不变,通入绕组的直流 励磁电流I=?
图 例1的图 解 这是一个没有分支的均匀磁路,已知磁通势NI,要求计算磁通。无分支磁路是 指只有一个回路的磁路,均匀磁路是指磁路中各处材料相同且质地均匀、截面积相等。 这个问题不能直接用磁路的欧姆定律求解。因为对于磁性材料来说,其磁导率µ不是 常数,它是随激励电流的大小不同而变化的,现为未知数,所以磁阻Rm为未知。但 是可以应用磁路的有关定律和公式,按如下顺序求解:
与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁 通(磁力线)。
B S
B 的单位:特斯拉(Tesla)
1 Tesla = 104 高斯
单位:韦伯
二、磁通
磁感应强度B与垂直与磁场方向的面积S 的乘积,称为通过该面积的磁通。
BS
B 单位:特斯拉(T)
单位:韦伯(Wb)
e N d dt
单位:伏秒
三、磁场强度 H
(H/m)
塑料是非磁性树料,它的其磁导率是已知的, 0 4 107 H/m,所以其磁感应强度
B 0 H 4 10 7 500 6.28 10 4 (T)
B S 6.28104 2.83105 1.78108 (Wb)
如果上述环形线圈的铁心由磁性材料做成,且在铁心上开一个很小的空气隙, 如图所示(图中励磁线圈略去未画),这时铁心中的磁通如何改变?
第二篇 电机与控制
本篇主要介绍了磁路、变压器、异步电动机和控制 电机等。从应用的角度出发,讲解异步电机的工作 原理和基本使用控制方法,重点放在电机的外特性 上。最后借助经典的继电接触器控制概念,介绍了 PLC(可编程序控制器)控制技术。
第7章 磁路
7.1 磁场的基本物理量 一、磁感应强度(磁通密度)
本公式 Nl H1l1 H2l2
计算步骤:
B 第一,对于不同截面积的磁路,分别计算各段的磁感应强度 。无分支磁路磁通 处处相等。
第二,根据材料的磁化曲线查出与B 值对应的H值。
r 1 ,则称为非磁性材料
7.2 磁性材料
7.2.1 磁性材料的主要特性
B () 大 小
H (I) 1. 非线性
B
H 2. 磁饱和性
B H
3. 磁滞性
Hale Waihona Puke 7.2.2 磁性材料的分类 根据磁性能,磁性材料又可分为三种:软磁材料
(磁滞回线窄长。常用做磁头、磁心等);永磁材料 (磁滞回线宽。常用做永久磁铁);矩磁材料(滞回 线接近矩形。可用做记忆元件)。
磁场强度是计算磁场所用的物理量,其大 小为磁感应强度和导磁率之比。
HB
单位:
B :特斯拉
:亨/米
H :安/米
四、磁导率 :表征各种材料导磁能力的物理量 真空中的磁导率( 0 )为常数
0 4 107 (亨/米)
一般材料的磁导率 和真空中的磁导率之比,
称为这种材料的相对磁导率 r
r
0
r 1 ,则称为磁性材料
图 a 软磁和硬磁材料的磁滞回线 图b 矩磁材料的磁滞回线
7.3 磁路的概念及磁路的基本定律
7.3.1 磁路的概念
i
u1
s
线圈通入电流后,产 生磁通,分主磁通和漏磁 通。
:主磁通 u2 s :漏磁通
铁心
(导磁性能好
线圈
的磁性材料)
磁路:主磁通所经过的闭合路径。
典型磁路示意图
7.3.2 磁路的基本定律
一般用 F 表示。
线圈 匝数N
I
磁路 长度L
F=NI
HL:称为磁压降。
在非均匀磁路(磁路的材料或截面积不同,或磁场
强度不等)中,总磁动势等于各段磁压降之和。
NI HL
总磁动势
I
例:
NI HI H0l0
N
l0
l
二. 磁路的欧姆定律:
对于均匀磁路
NI HL B L L S
I
N
令:
Rm
图 例2的图
解 本例题是已知磁路中的磁通 ,求励磁电流(磁通势 NI )。
(1)当磁路完全由铸钢制成时,是均匀磁路。
B 0.002 1
S 20 104
(T)
查图知铸钢材料在B=1T时,
H =1000A/m
I Hl 1000 0.5 0.5 (A)
N 1000
(2) 如果磁路由不同材料或者不同截面积的几段组成,则成为不均匀磁路。现磁路中加入 了空气隙是不均匀磁路。这时可根据安培环路定律,进行分段积分,可得计算磁路的基
D1
4
D2
2
28.3(mm)2
2.83 105 (m)2
当材料是铸钢时
B S 0.64 2.83105 1.81105 (Wb)
B 0.64 1.28103
H 500
(H/m)
当材料是电工硅钢片时
B S 1.25 2.83105 3.54105 (Wb)
B 1.25 2.5 103 H 500
一. 安培环路定律(全电流律):
磁场中任何闭合回路磁场强度的线积分,等 于通过这个闭合路径内电流的代数和。
Hdl I
I2
I3
I1
电流方向和磁场强度的方向
H
符合右手定则的,电流取正;
否则取负。
在无分支的均匀磁路(磁路的材料和截面积相同, 各处的磁场强度相等)中,安培环路定律可写成:
NI HL
NI:称为磁动势。
H B ,最后再计算出磁导率µ。
磁路的平均长度
l D1 D2 86 74 0.25m
2
2
H
NI
l
1001.25 500 (A/m) 0.25
查阅图7-4可得,当H=500A/m时,铸钢的磁感应强度B=0.64T, 电工硅钢片的磁感应强度B=1.25T。
环形铁心的截面积
s