电磁学基础知识课件

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
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)
e N d d (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
交链的总磁通称为磁链，用ψ表示,即
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
eL
d
dt
d(Li) L di
dt
dt
（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）。
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
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。
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。
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。
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。
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
（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。
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
在均匀磁场中 = B S 或 B= /S 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 4π 107 H/m
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。
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。
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。
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。
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。
磁导H率 B之比。
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。
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。
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。
，即
e

d
N Li
dt
式中，ψ为磁链；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。
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。
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
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