电工基础(第二版)模块二

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自感实验电路
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸
由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的 电磁感应现象称为自感现象,简称自感。在自感 现象中,产生的感应电动势称为自感电动势,用 eL 表示,自感电流用 iL 表示。自感的实质是电 磁感应。
模块二 磁场与电磁感应
一、 自感系数
当线圈中通入电流后产生的磁通称为自感磁通。为了衡 量不同线圈产生自感磁通的能力,引入自感系数 (简称电感 量) 这一物理量,用 L 表示。
主磁通和漏磁通
模块二 磁场与电磁感应
二、 磁路欧姆定律
1. 磁动势 通常把通过线圈的电流 I 和线圈匝数 N 的乘积称为磁动 势,简称磁势,用 Fm 表示,即
Fm = N I 磁动势的单位是A。
模块二 磁场与电磁感应
2. 磁阻 电路中有电阻,磁炉中也有磁阻。
上式与电路的欧姆定律相似,故称为磁路欧姆定律。
磁铁的磁感线 a) 蹄形磁体的磁感线 b) 条形磁体的磁感线
模块二 磁场与电磁感应
磁感线方向与磁场方向
模块二 磁场与电磁感应
磁感线的方向定义如下: 在磁体外部由 N 极指向 S 极, 在磁体内部由 S 极指向 N 极。
在磁场的某一区域里,如果磁感线是一些方向相同、分 布均匀的平Hale Waihona Puke Baidu直线,则这一区域称为均匀磁场。
模块二 磁场与电磁感应
工作任务
某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质,这种性质 称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体 (也叫磁 铁)分为天然磁体和人造磁体两大类。
本任务的内容是通过实验了解磁体基本性质,观 察和分析永久磁铁作用下铁屑模拟的磁场。
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸
一、 磁体的性质
磁体两端磁性最强的部分称为磁极。指北的磁极称为北极 (N),指南的磁极称为南极 (S)。
当两个磁极靠近时,它们之间会产生相互作用:同名磁极 相互排斥,异名磁极相互吸引。
模块二 磁场与电磁感应
N 极和 S 极总是成对出现
模块二 磁场与电磁感应
二、 磁场与磁感线
所谓磁感线,就是在磁场中画出的一些有方向的曲线, 在这些曲线上,每一点的切线方向就是该点的磁场方向,也 就是放在该点的磁针 N 极所指的方向 。
发电机原理示意图
模块二 磁场与电磁感应
课题五 自感和互感
任务 1 观察分析自感现象 学习目标
(1) 能够通过实验观察分析自感现象。 (2) 了解自感的定义。 (3) 掌握计算自感电动势大小的公式,且会判断自感 电动势的方向。
模块二 磁场与电磁感应
工作任务
本任务的内容是连接图所示自感实验电路,完成 自感现象实验。通过观察和分析实验现象,归纳影响 自感电动势的方向及其大小的因素。
模块二 磁场与电磁感应
模块二 磁场与电磁感应
三、 磁导率 μ
磁导率就是一个用来表示各种介质 ( 材料) 导磁性能好坏 的物理量,用符号 μ 表示,其单位是亨利 / 米 ( H / m)。
为比较介质对磁场的影响大小,把任一物质的磁导率与 真空磁导率的比值称为相对磁导率,用 μr 表示,即
模块二 磁场与电磁感应
电流方向与磁场方向有一夹角 α
模块二 磁场与电磁感应
模块二 磁场与电磁感应
二、 磁场对通电直导体作用力的方向
通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定则来判断。
左手定则
模块二 磁场与电磁感应
三、 平行通电直导体间的电磁力
通电平行直导线间的电磁力 a) 通入同方向电流的平行导线相互吸引 b) 通入反方向电流的平行导线相互排斥
物质可以看作是由许多被称为磁畴的小磁体所组成的。
铁磁物质的磁化
模块二 磁场与电磁感应
二、 磁化曲线
磁化实验与磁化曲线
模块二 磁场与电磁感应
三、 磁滞回线
几种铁磁材料的磁化曲线
模块二 磁场与电磁感应
磁化后的旋具金属部分,在线圈产生的磁场撤除后仍然 具有一定的磁性,这就是剩磁现象。
使剩磁消失的反向磁场也称为矫顽力。 磁感应强度 B 的变化落后于磁场强度 H 的变化,这一现 象称为磁滞。下图 b 中的封闭曲线称为磁滞回线。铁心在反 复磁化的过程中,由于要不断克服磁畴惯性将损耗一定的能 量,称为磁滞损耗。
四、 磁场强度
根据相对磁导率大小对物质的分类
模块二 磁场与电磁感应
把环形线圈从真空中取出,并在其中放入相对磁导率为 μr 的介质后,则磁感应强度增大为真空中的 μr 倍,即
式中:
是介质的磁导率;
其单位是 A / m。
是磁场强度,
模块二 磁场与电磁感应
课题二 铁磁材料与磁路欧姆定律
任务 1 观察铁磁物质的磁化现象 学习目标
直线电流的磁场
模块二 磁场与电磁感应
二、 环形电流产生的磁场
环形电流的磁场
模块二 磁场与电磁感应
任务 3 探究磁场的主要物理量 学习目标
(1) 能够验证通电直导体在磁场中受到的电磁力和影 响线圈产生磁场强弱的因素。 (2) 理解磁感应强度、磁通、磁导率和磁场强度等物 理量的概念。
模块二 磁场与电磁感应
本任务的内容是连接图所示实验电路,完成通电 直导体在磁场中受力情况的进一步实验和分析,以明 确产生作用力的方向以及影响作用力大小的因素。
测试影响磁场中的通电直导体受力情况
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸 一、 磁场对通电直导体作用力的大小
通常把通电导体在磁场中受到的作用力叫做电磁力。 通电直导体在磁场中受到的电磁力的大小可用下式表示。
三、 互感的应用
基于互感原理工作的电气设备 a) 电动机 b) 变压器
模块二 磁场与电磁感应
垂直放置的线圈可以减小互感 a) 线圈 A 产生的磁通不能进入线圈 B b) 线圈 B 产生的
磁通在线圈 A 中自行抵消
模块二 磁场与电磁感应
磁屏蔽罩
模块二 磁场与电磁感应
课题一 课题二 课题三 课题四 课题五
磁场与电流的磁效应 铁磁材料与磁路欧姆定律 磁场对电流的作用 电磁感应 自感和互感
模块二 磁场与电磁感应
课题一 磁场与电流的磁效应
任务 1 认识磁体与磁感线 学习目标
(1) 观察永久磁体的相互作用及永久磁铁作用下铁屑 模拟的磁场。 (2) 掌握磁体的性质及磁场、磁感线等物理量概念。
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸
一、 互感
在上面互感现象实验中,由一个线圈中的电流发生变化而 在另一线圈中产生电磁感应的现象称为互感现象,简称互感。 由互感产生的感应电动势称为互感电动势,用 eM 表示。
模块二 磁场与电磁感应
二、 互感线圈的同名端
根据线圈缠绕方向判别同名端
模块二 磁场与电磁感应
磁通变化情况与线圈中产生电动势的大小关系可以由法拉 第电磁感应定律确定,即线圈中感应电动势的大小与线圈中 磁通的变化率成正比。
用 ΔΦ 表示时间间隔 Δt 内一个单匝线圈中的磁通变化量, 则这个单匝线圈产生的感应电动势的大小为
如果线圈有 N 匝,则感应电动势的大小为
模块二 磁场与电磁感应
三、 右手定则
模块二 磁场与电磁感应
三、 磁路与电路的比较
磁路和电路的比较
模块二 磁场与电磁感应
课题三 磁场对电流的作用
任务 探究磁场对电流的作用 学习目标
(1) 能通过实验观察并分析磁场对通电直导体的作用。 (2) 掌握磁场对通电直导体的作用。 (3) 掌握磁场对通电线圈的作用。
模块二 磁场与电磁感应
工作任务
工作任务
本任务的内容就是通过对电磁继电器结构和动作 情况的观察分析,了解磁路的概念和电磁铁的基本工 作原理。
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸 一、 磁路
磁通所通过的路径称为磁路。
几种电气设备的磁路 a) 磁电系仪表 b) 变压器 c) 电动机
模块二 磁场与电磁感应
全部在磁路内部闭合的磁通称为主磁通,部分经过磁路 周围物质而自成回路的磁通称为漏磁通。
直导体向右切割磁感线,相当于穿过闭合回路的磁通减少
模块二 磁场与电磁感应
右手定则
当导体、导体运动方向和磁感线方向三者互相垂直时, 导体中的感应电动势为
e = Blv 如果导体运动方向 v 与磁感线方向有一夹角 α,则导体 中的感应电动势为
e = Blvsin α
模块二 磁场与电磁感应
发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理 发电的。
(1) 观察分析互感实验现象。 (2) 掌握互感的定义。 (3) 熟悉同名端的定义及其判断方法和具体应用。
模块二 磁场与电磁感应
工作任务
本任务的内容是连接图所示互感实验电路,完成 互感现象实验。通过观察和分析实验现象归纳出影响 互感电动势方向和大小的因素,以及互感线圈间同名 端的判断方法。
互感实验电路
知识延伸
不仅磁铁能产生磁场,电流也能产生磁场,这种现象称为 电流的磁效应,也就是通常所说的“动电生磁” (定向运动 的电荷形成电流产生磁场)。通过实验还可以看到,电流产生 磁场的方向与电流的方向有关,电流越大产生的磁场越强。 电流所产生磁场的方向可用右手螺旋定则来判断。
模块二 磁场与电磁感应
一、 直线电流产生的磁场
(1) 能够完成旋具头部的磁化实验。 (2) 了解磁化及铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线。 (3) 掌握铁磁材料的分类方法及应用。
模块二 磁场与电磁感应
工作任务
本任务的内容是完成旋具的磁化实验,通过观察 实验现象了解铁磁材料的性质。
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸
一、 铁磁物质的磁化
如同上面的实验,使原来没有磁性的物质具有磁性的过程 称为磁化。
模块二 磁场与电磁感应
四、 磁场对通电线圈的作用
直流电动机原理
模块二 磁场与电磁感应
课题四 电 磁 感 应
任务 探究电磁感应现象 学习目标
(1) 能够通过实验观察分析空心线圈产生感应电动势 的现象。 (2) 掌握楞次定律、法拉第电磁感应定律。
模块二 磁场与电磁感应
工作任务
本任务的内容是完成空心线圈中产生感应电动势 的实验,测试空心线圈中感应电流的方向和大小,总 结电磁感应的基本规律。
工作任务
本任务的内容是通过实验观察和分析通电直导体 在磁场中受力情况;观察和分析影响通电线圈产生磁 场强弱的因素。
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸
一、 磁感应强度
磁感应强度的定义如下: 在磁场中垂直于磁场方向的通电 导线,所受电磁力 F 与电流 I 及导线有效长度 l 的乘积的比 值,称为该点的磁感应强度,用符号 B 来表示,即
模块二 磁场与电磁感应
知识延伸
利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象,产生的电流 称为感应电流,产生感应电流的电动势称为感应电动势。
一、 楞次定律
磁通变化情况与线圈中产生电动势的方向关系可以由楞次 定律确定,即感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。
模块二 磁场与电磁感应
二、 法拉第电磁感应定律
模块二 磁场与电磁感应
反复磁化和磁滞回线 a) 理想情况 b) 磁滞回线
模块二 磁场与电磁感应
四、 铁磁材料的分类
铁磁材料的分类
模块二 磁场与电磁感应
任务 2 探究磁路欧姆定律 学习目标
(1) 能够观察并分析电磁继电器的磁路。 (2) 了解磁路的概念,熟悉磁路欧姆定律及其应用。
模块二 磁场与电磁感应
均匀磁场
模块二 磁场与电磁感应
任务 2 探究电流产生的磁场 学习目标
(1) 观察通电直导体与通电螺线管周围磁场的情况。 (2) 掌握电流的磁效应及其规律。
模块二 磁场与电磁感应
工作任务
本任务的内容是通过实验观察和分析通电直导体 和通电线圈产生的磁场情况,学习电流的磁效应及其 规律。
模块二 磁场与电磁感应
模块二 磁场与电磁感应
常用较小的单位有毫亨 (mH) 和微亨 (μH)。它们的关系 是
模块二 磁场与电磁感应
二、 自感电动势
自感电动势的大小为
自感电动势方向的判定
模块二 磁场与电磁感应
三、 RL 电路的过渡过程
模块二 磁场与电磁感应
RL 串联电路
模块二 磁场与电磁感应
任务 2 观察分析互感现象 学习目标
模块二 磁场与电磁感应
磁感应强度的单位是特斯拉,简称特 (T) 。 磁感应强度是矢量,它的方向就是该点磁场的方向。
模块二 磁场与电磁感应
二、 磁通
磁通的定义如下: 磁感应强度 B 与垂直于磁场方向的面 积 S 的乘积,称为通过该面积的磁通 Φ,如图 a 所示。
Φ = BS
磁通 a) 平面与 B 垂直 b) 平面与 B 有夹角
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