磁场与电磁感应

电和磁是相互联系不可分割的两类基本物质。很多电气设备如电机、变压器、电磁铁、电工测量仪表以及其他各种铁磁元件等，都是利用电与磁的基本原理进行工作的。

本章主要讨论基本磁现象及其规律、磁场的基本概念及其物理量、电磁感应现象及基本定律等内容。

3．1 磁的基本知识

3．1．1 磁体与磁极

物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。具有磁性的物体叫磁体。磁体分为天然磁体(俗称吸铁石)和人造磁体，现在常见的各种磁体几乎都是人造的。如条形磁铁、蹄形磁铁和针形磁铁等，如图3—1所示。

磁体两端磁性最强的区域叫磁极。实验证明，任何磁体都具有两个磁极，而且无论怎样把磁体分割，它总是保持两个磁极。一端叫北极，用N表示：一端叫南极；用s表示。

与电荷间的相互作用力相似，磁极间也具有相互作用力，即同极相排斥，异极相吸引。磁极间的相互作用力叫磁力，如图3-2所示。指南针就是利用这种性质制作的，因为地球本身就是个大磁体，地磁的北极在地球南极附近，地磁的南极在地球北极附近。

3．1．2 磁场与磁力线

磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。互不接触的磁体之间之所以具有相互作用力，就是通过磁场这一特殊物质进行传递的。磁场和电场一样，都是一种特殊物质，它们之所以被认为特殊，是因为它们不是由分子和原子所组成。

磁场和电场同样是有方向的。在磁场中某一点放一个能自由转动的小磁针，小磁针静止时N极所指的方向，规定为该点的磁场方向。

为了形象地描述磁场而引出磁力线这一概念，规定在磁力线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向。

第页

磁力线可以用实验的方法形象地表示出来。如在条形磁体上放一块玻璃或纸板，撒上一些铁屑并轻敲，铁屑便会有规则地排列成如图3-3(a)所示的线条形状，这些线条就显示出条形磁体的磁力线分布情况。

磁力线具有以下几个特征：

(1)磁力线是互不交叉的闭合曲线。在磁体外部由N极指向s极，在磁体内部由s极指向N极，如图3-3(b)所示。

(2)磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密表示磁场越强，越疏表示磁场越弱。

(3)磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。

3．1．3 电流的磁场

磁铁并不是磁场的唯一来源。1820年丹麦物理学家奥斯特从实验中发现，放在导线旁边的磁针，当导线通入电流时，磁针会受到力的作用而偏转，如图3-4所示。这表明通电导线的周围存在着磁场，电与磁是有密切联系的。

1．通电直导线周围的磁场

通电直导线周围磁场的磁力线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上，如图3—5所示。

实验表明，改变电流的方向，各点的磁场方向都随之改变。

磁力线的方向与电流方向之间的关系可用安培定则(又称右手螺旋定则)来判断，如图3-6所示，用右手握住通电直导线，让拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是磁力线的方向。

第4章电容器

电容器是电路的基本元件之一，它的用途非常广泛，在电力系统中，电容器可作为功率因数的补偿元件；在电子电路中，电容器可用作滤波、耦合、调谐、旁路和选频等；在机械加工工艺中，利用它可以进行电火花加工等。

本章主要介绍电容器的基本概念、电容器的种类及选用方法、电容器的充放电过程及电容器的连接等，以达到识别和使用电容器的目的。

4．1 电容器及电容量

4．1．1 电容器

电容器就是储存电荷的容器。两金属导体，中间以绝缘介质相隔，并引出两个电极，就形成了一个电容器。其结构如图4-1(a)所示。被介质隔开的金属板叫极板，极板通过电极与电路连接。极板间的介质常用空气、云母、纸、塑料薄膜和陶瓷等物质。图4-1(b)是电容器的一般表示符号。

4．1．2 电容量

电容器最基本的特性是能够储存电荷。如果在电容器的两极上加上电压，则在两个极板上将分别出现数量相等的正、负电荷，如图4-2所示。电容器极板上所储存的电荷量与两极板间的电压的比值是一常数。这一比值称为电容量，简称电容，用字母c表示。即

式中Q——任一极板上的电量，c；

u——两极板间的电压，v；

c——电容量，P(法拉)。

电容量是衡量电容器储存电荷本领的物理量。其国际单位是法拉，简称法，用符号F表示。当电容器两端所加电压为1v时，若在任一极板上储存1c的电荷量，则该电容器的电容

第83页量就是1F。在实际使用中，一般电容器的电容量都比较小，因而常用uF(微法)和pF(皮法)表示。它们之间的换算关系是

电容器制造好以后，电容量就是一个定值，不因极板上积累电荷的多少而改变。实验表明，电容量的大小决定于电容器的介质种类与几何尺寸。如果介质的介电常数越大，极板相对面积越大，极板间的距离越小，则电容量就越大。

应该注意的是，虽然电容器和电容量通常都称为电容，但两者的意义不同。前者表示元件的名称，后者表示物理量的名称。同时还应认识到，并不只是成品电容器中才有电容，实际上任何两个相邻的导体间都存在着电容。如图4-3所示，输电线之间、输电线与大地之间、晶体管各电极之间都存着电容。这种电容叫做分布电容或寄生电容。虽然它的数值比较小，但有时可能对线路和设备造成有害的影响。

[例4-1] 将一个电容量为4．7uF的电容器接到电动势为1000V的直流电源两端，充电结束后，求电容器极板上所带的电荷量。

解：由电容公式(4-1)可得

4．1．3 电容器的主要性能指标

电容器的性能指标有电容量、允许误差、额定工作电压、介质损耗和稳定性等。其中最主要的指标是电容量、允许误差和额定工作电压，一般都直接标在成品电容器的外壳上，常称为电容器的标称值。它是人们合理使用电容器的依据。

1．标称容量和允许误差

成品电容器上所标明的电容值称为标称容量。标称容量并不是一个准确值，它同该电容器的实际容量有一定的差额，但这一差额是在国家标准规定的允许范围之内，因而称为允许误差。