《电工基础》第四章PPT带习题

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动画:计算电磁力的大小
如果电流方向与 磁场方向不垂直,而 是有一个夹角α,这时 通电导线的有效长度 为lsinα。电磁力的计 算式变为 F = BIlsinα
二、通电平行直导线间的作用
两条相距较近且 相互平行的直导线, 当通以相同方向的电 流时,它们相互吸引 (左图);当通以相 反方向的电流时,它 们相互排斥(右图)。
动画
判断受力时,可以用右手螺旋法则判断每个 电流产生的磁场方向,再用左手定则判断另一个 电流在这个磁场中所受电磁力的方向。 发电厂或变电所的母线排就是这种互相平行 的载流直导体,为了使母线不致因短路时所产生 的巨大电磁力作用而受到破坏,所以每间隔一定 间距就安装一个绝缘支柱,以平衡电磁力。
三、磁场对通电线圈的作用
r 0
相对磁导率只是一个比值。它表明在其 他条件相同的情况下,媒介质中的磁感应强 度是真空中磁感应强度的多少倍。
根据相对磁导率的大小,可把物质分为三类: 顺磁物质 相对磁导率稍大于1。如空气、铝、 铬、铂等。 反磁物质 相对磁导率稍小于1。如氢、铜等。 铁磁物质 相对磁导率远大于1,其可达几百甚 至数万以上,且不是一个常数。如铁、钴、镍、 硅钢、坡莫合金、铁氧体等。
F B Il
磁感应强度的单位是特斯拉,简称特,用符 号T表示。
磁感应强度是个矢量,它的方向就是该点的 磁场的方向。 磁感线的疏密程度可以大致反映磁感应强度 的大小。在同一个磁场的磁感线分布图上,磁感 线越密的地方,磁感应强度越大,磁场越强。
二、磁通
设在磁感应强度为B的均匀磁场中,有一个 与磁场方向垂直的平面,面积为S,我们把B与 S的乘积,定义为穿过这个面积的磁通量,简称 磁通。用φ表示磁通,则有 φ = BS 磁通的单位是韦伯,简称韦,用Wb表示。
Φ Blvt e Blv t t
如果导体和磁感线之间有相对运动时,用右 手定则判断感应电流方向较为方便; 如果导线与磁感线之间无相对运动,只是穿 过闭合回路的磁通发生了变化,则用楞次定律来 判断感应电流的方向。
§4-6
自感
一、自感现象
合上开关,HL2比HL1 亮的慢
断开开关,灯泡闪亮一 下才熄灭
§4-3
磁场对电流的作用
一、磁场对通电直导体的作用
通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁 力,也称安培力。 通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定 则来判断。
动画
把一段通电导线放入磁场中,当电流 方向与磁场方向垂直时,电流所受的电磁 力最大。
利用磁感应强度的表达式B = F/Il,可 得电磁力的计算式为 F = BIl
三、自感电动势
由Nφ=LI,有
N Φ = LI
Φ 代入 eL N ,可得 t
I eL L t
四、RL电路过渡过程
电感线圈与电容器相似,都是电路中的储能 元件。
开关SA刚刚闭合时,电流不可能一下子由零 变到稳定值,而是逐渐地增大;而当切断电源时, 电流也不是立即消失,而是逐渐减小而消失。
二、磁化曲线
当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定 时,铁磁物质的B随H变化的规律可用B—H曲 线来表示,称为磁化曲线。
曲线oa段较为陡峭,B随H近似成正比增加。 b点以后的部分近似平坦,表明即使再增大 线圈中的电流I以增大H,B也已近似不变了,铁 心磁化到这种程度称为磁饱和。 a点到b点是一段弯曲的部分,称为曲线的膝 部。这一段是从未饱和到饱和的逐步过渡。
四、磁场强度
在真空中,通电线圈磁感应强度的大小与线圈 的匝数、线圈长度及电流强度有关
NI B0 0 l
式中 B0 ——通电线圈的磁感应强度,T; μ0——真空的磁导率,H/m; N ——线圈的匝数; L ——线圈的长度,m; I ——线圈中的电流,A。
当把圆环线圈从真空中取出,并在其中放入 相对磁导率为μr的媒介质,则磁感应强度将是真 空中的μr倍,即:
当线圈中的电流发生变化时,线圈中就会产 生感应电动势,这个电动势总是阻碍线圈中原来 电流的变化。
这种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。
二、自感系数
自感电流产生的磁通称为自感磁通。 一个线圈中通过单位电流所产生的自感磁 通称为自感系数(简称电感),用L表示,即
一、磁感应强度
导线方向与磁场方向保持垂直,经导线通电, 可以看到导线因受力而发生运动。
先保持导线通电部分的长度不变,改变电 流的大小,然后保持电流不变,改变导线通电 部分的长度。
比较两次实验结果发现,通电导线长度一 定时,电流越大,导线所受电磁力越大;电流 一定时,通电导线越长,电磁力也越大。
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和导线长度l的乘积IL的比值称为 该处的磁感应强度,用B表示,即
二、楞次定律
以上实验表明:在线圈回路中产生感应电动 势和感应电流的原因是由于磁铁的插入和拔出导 致线圈中的磁通发生了变化。
楞次定律指出了磁通的变化与感应电动势在 方向上的关系,即:感应电流产生的磁通总是 阻碍原磁通的变化。
三、法拉第电磁感应定律
在上述实验中,如果改变磁铁插入或拔出的 速度,就会发现,磁铁运动速度越快,指针偏转 角度越大,反之越小。而磁铁插入或拔出的速度, 反映的是线圈中磁通变化的速度。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。 这就是法拉第电磁感应定律。
§4-4
铁磁物质
一、铁磁物质的磁化
使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为 磁化。 只有铁磁性物质才能被磁化,而非铁磁性物 质是不能被磁化的。这是因为铁磁物质可以看作 是由许多被称为磁畴的小磁体所组成。
在无外磁场作用时,磁畴排列杂乱无章,磁 性互相抵消,对外不显磁性;但在外磁场作用下, 磁畴就会沿着外磁场方向变成整齐有序的排列, 所以整体也就具有了磁性。
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 如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角α, 则导体中的感应电动势为 e = Blvsinα
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,实际应用中,将导线做成线 圈,使其在磁场中转动,从而得到连续的电流。
各种电器的线圈中,一般都装有铁心以获得 较强的磁场。而且在设计时,常常是将其工作磁 通取在磁化曲线的膝部,还常将铁心制成闭合的 形状,使磁感线沿铁心构成回路。
三、磁滞回线
理想状态下的磁滞回线:
实际的磁滞回线:
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。 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,这将使铁心发热。
磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的 基本原理。
在均匀磁场中放入一 个线圈,当给线圈通入电 流时,它就会在电磁力的 作用下旋转起来。
电刷 换向器
当线圈平面与磁感线平行时,线圈在N极一侧 的部分所受电磁力向下,在S极一侧的部分所受电 磁力向上,线圈按顺时针方向转动,这时线圈所 产生的转矩最大。当线圈平面与磁感线垂直时, 电磁转矩为零,但线圈仍靠惯性继续转动。通过 换向器的作用,与电源负极相连的电刷A始终与 转到N极一侧的导线相连,电流方向恒为由A流出 线圈;与电源正极相连的电刷B始终与转到S极一 侧的导线相连,电流方向恒为由B流入线圈。因此, 线圈始终能按顺时针方向连续旋转。
第四章
§4-1 §4-2 §4-3 §4-4 §4-5 §4-6 §4-7 §4-8
磁场与电磁感应
磁场 磁场的主要物理量 磁场对电流的作用 铁磁物质 电磁感应 自感 互感 磁路欧姆定律
§4-1 磁场
一、磁体及其性质
某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质 称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分天 然磁体和人造磁体两大类。
如果磁场不与所讨论的平面垂直,则应以这 个平面在垂直于磁场B的方向的投影面积S’与B的 乘积来表示磁通。
当面积一定时,如果通过该面积的磁感线越多, 则磁通越大,磁感越强。 从φ=BS,可得
wenku.baidu.com
Φ B S
这表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通, 所以磁感应强度又称磁通密度,并且用Wb/m2作单 位。
用ΔΦ表示时间间隔Δt内一个单匝线圈 中的磁通变化量,则一个单匝线圈产生的 感应电动势的大小为
Φ e t
如果线圈有N匝,则感应电动势的大
小为
Φ eN t
四、直导线切割磁感线产生感应电动势
感应电动势的方向 可用右手定则判断。平 伸右手,大拇指与其余 四指垂直,让磁感线穿 入掌心,大拇指指向导 体运动方向,则其余四 指所指的方向就是感应 电动势的方向。
§4-5
电磁感应
一、电磁感应现象
电流能产生磁场,那么磁场能否产生电流呢?
将一条形磁铁放置在线圈中,当其静 止时,检流计的指针不偏转,但将它迅速 地插入或拔出时,检流计的指针都会发生 偏转,说明线圈中有电流。 这种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。
三、磁导率
不同的媒介质对磁场的影响不同,影响 的程度与媒介质的导磁性能有关。 磁导率是一个用来表示媒介质导磁性能 的物理量,用μ表示,其单位为H/m。由实验 测得真空中的磁导率μ 0=4π×10-7H/m,为一 常数。
自然界大多数物质对磁场的影响甚微, 只有少数物质对磁场有明显的影响。 任一物质的磁导率与真空的磁导率的比 值称作相对磁导率,用 μr 表示,即:
NΦ L I
L的单位是亨利,用H表示。常采用较小的 单位有毫亨(mH)和微亨(μH)。
线圈的电感是由线圈本身的特性决定的。线 圈越长,单位长度上的匝数越多,截面积越大, 电感就越大。有铁心的线圈,其电感要比空心线 圈的电感大得多。 有铁心的线圈,其电感也不是一个常数,称 为非线性电感。电感为常数的线圈称为线性电感。 空心线圈当其结构一定时,可近似地看成线性电 感。
NI NI B r 0 l l
磁感应强度与媒介质的磁导率有关。
H
B

该点的磁感应强度B与媒介质磁导率μ的比值 即为磁场中某点的磁场强度,用H表示,即:
H
B

磁场强度的单位为A/m。
NI 将 B0 0 带入可得 l
NI H l
B
上式表明,在一定电流值下,同一点的磁场强 度不因磁场媒介质的不同而改变。 磁场强度也是一个矢量,在均匀媒介质中, 它的方向和磁感应强度的方向一致。
动画:正弦交流电的产生
动画:实际应用的发电机
例题
如下图所示,在磁感应强度为B的匀强磁 场中,有一长度为l 的直导体AB,可沿平行导电 轨道滑动。当导体以速度v向左匀速运动时,试确 定导体中感应电动势的方向和大小。
解: (1)导体向左运动时,导电回路中磁通将增加, 根据楞次定律判断,导体中感应电动势的方向是 B端为正,A端为负。用右手定则判断,结果相同。 (2)设导体在Δt时间内左移距离为d,则导电回 路中磁通的变化量为 ΔΦ = BΔS = Bld = BlvΔt 所以感应电动势
二、磁场与磁感线
1. 磁场 在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物 质——磁场。
磁极之间的作用力通过磁场进行传递。
动画
2. 磁感线 磁场的分布常用磁感线来描述。
视频
三、电流的磁场
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。
磁场的应用:磁悬浮列车
动画
§4-2
磁场的主要物理量
四、铁磁材料的分类
特点: 不易磁化,不易退磁
典型材料及用途:
碳钢、钴钢等,适合 制作永久磁铁,扬声 器的磁钢 硬磁材料
特点: 容易磁化,容易退磁
典型材料及用途: 硅钢、铸钢、铁镍合 金等,适合制作电机 、变压器、继电器等 设备中的铁心 软磁材料
特点: 很易磁化,很难退磁
典型材料及用途: 锰镁铁氧体、锂锰铁 氧体等,适合制作磁 带、计算机的磁盘 矩磁材料
磁体两端磁性最强的部分称磁极。可以在水 平面内自由转动的磁针,静止后总是一个磁极指 南,另一个指北。指北的磁极称北极(N);指 南的磁极称南极(S)。
任何磁体都具有两 个磁极,而且无论把 磁体怎样分割总保持 有两个异性磁极。
与电荷间的相互作用力相似,当两个磁 极靠近时,它们之间也会产生相互作用的 力:同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸 引。
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