电工基础第四章磁场与电磁感应教案

第四章 磁场与电磁感应

第一节 电流得磁效应

一、 磁场

1.磁场:磁体周围存在得一种特殊得物质叫磁场。磁体间得相互作用力就是通过磁场传送得。磁体间得相互作用力称为磁场力,同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。

2.磁场得性质:磁场具有力得性质与能量性质。

3.磁场方向:在磁场中某点放一个可自由转动得小磁针,它N 极所指得方向即为该点得磁场方向。

二、磁感线

1.磁感线

在磁场中画一系列曲线,使曲线上每一点得切线方向都与该点得磁场方向相同,这些曲线称为磁感线。如图所示。

2.特点

(1) 磁感线得切线方向表示磁场方向,其疏密程度表示磁场得强弱。

(2) 磁感线就是闭合曲线,在磁体外部,磁感线由N 极出来,绕到S 极;在磁体内部,磁感线

得方向由S 极指向N 极。

(3) 任意两条磁感线不相交。

说明:磁感线就是为研究问题方便人为引入得假想曲线,实际上并不存在。 图5-2所示为条形磁铁得磁感线得形状。

3.匀强磁场

在磁场中某一区域,若磁场得大小方向都相同,这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场得磁感线就是一系列疏密均匀、相互平行得直线。

三、电流得磁场

1.电流得磁场

直线电流所产生得磁场方向可用安培定则来判定,方法就是:用右手握住导线,让拇指指向电流方向,四指所指得方向就就是磁感线得环绕方向。

环形电流得磁场方向也可用安培定则来判定,方法就是:让右手弯曲得四指与环形电流 条形磁铁得磁感线 磁感线

方向一致,伸直得拇指所指得方向就就是导线环中心轴线上得磁感线方向。

螺线管通电后,磁场方向仍可用安培定则来判定:用右手握住螺线管,四指指向电流得方向,拇指所指得就就是螺线管内部得磁感线方向。

2.电流得磁效应

电流得周围存在磁场得现象称为电流得磁效应。电流得磁效应揭示了磁现象得电本质。

第二节磁场得主要物理量

一、磁感应强度

磁场中垂直于磁场方向得通电直导线,所受得磁场力F与电流I与导线长度l得乘积Il 得比值叫做通电直导线所在处得磁感应强度B。即

磁感应强度就是描述磁场强弱与方向得物理量。

磁感应强度就是一个矢量,它得方向即为该点得磁场方向。在国际单位制中,磁感应强度得单位就是:特斯拉(T)。

用磁感线可形象得描述磁感应强度B得大小,B较大得地方,磁场较强,磁感线较密;B较小得地方,磁场较弱,磁感线较稀;磁感线得切线方向即为该点磁感应强度B得方向。

匀强磁场中各点得磁感应强度大小与方向均相同。

二、磁通

在磁感应强度为B得匀强磁场中取一个与磁场方向垂直,面积为S得平面,则B与S得乘积,叫做穿过这个平面得磁通量Φ,简称磁通。即

Φ = BS

磁通得国际单位就是韦伯(Wb)。

由磁通得定义式,可得

即磁感应强度B可瞧作就是通过单位面积得磁通,因此磁感应强度B也常叫做磁通密度,并用Wb/m2作单位。

三、磁导率

1.磁导率μ

磁场中各点得磁感应强度B得大小不仅与产生磁场得电流与导体有关,还与磁场内媒介质(又叫做磁介质)得导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时,介质得磁感应强度B将发生变化,磁介质对磁场得影响程度取决于它本身得导磁性能。

物质导磁性能得强弱用磁导率μ来表示。μ得单位就是:亨利/米(H/m)。不同得物质磁导率不同。在相同得条件下,μ值越大,磁感应强度B越大,磁场越强;μ值越小,磁感应强度B 越小,磁场越弱。

真空中得磁导率就是一个常数,用μ0表示

μ0 = 4π⨯ 10-7 H/m

2.相对磁导率μr

为便于对各种物质得导磁性能进行比较,以真空磁导率μ0为基准,将其她物质得磁导率μ与μ0比较,其比值叫相对磁导率,用μr表示,即

根据相对磁导率μr得大小,可将物质分为三类:

(1) 顺磁性物质:μr略大于1,如空气、氧、锡、铝、铅等物质都就是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质,磁感应强度B略有增加。

(2) 反磁性物质:μr略小于1,如氢、铜、石墨、银、锌等物质都就是反磁性物质,又叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质,磁感应强度B略有减小。

(3) 铁磁性物质:μr>> 1,且不就是常数,如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都就是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质,可使磁感应强度B增加几千甚至几万倍。

几种常用铁磁性物质得相对磁导率

,记做H

有关,与磁介质得性质无关。

第三节 磁场对电流得作用力

一、磁场对直线电流得作用力

1.安培力得大小

磁场对放在其中得通电直导线有力得作用,这个力称为安培力。

(1) 当电流I 得方向与磁感应强度B 垂直时,导线受安培力最大,根据磁感应强度

可得

(2) 当电流I 得方向与磁感应强度B 平行时,导线不受安培力作用。

(3) 如图,当电流I 得方向与磁感应强度B 之间有一定夹角时,可将B 分解为两个互相垂直得分量:

一个与电流I 平行得分量,B 1 = B cos θ;另一个与电流I 垂直得分量,B 2 = B sin θ。B 1对电流没有力得作用,磁场对电流得作用力就是由B 2产生得。因此,磁场对直线电流得作用力为

当 θ = 90︒时,安培力F 最大;当 θ = 0︒时,安培力F = 0。

2.单位 公式中各物理量得单位均采用用国际单位制:安培力F 得单位用牛顿(N );电流I 得单位用安培(A );长度l 得单位用米(m );磁感应强度B 得单位用特斯拉(T )。

3.左手定则

安培力F 得方向可用左手定则判断:伸出左手,使拇指跟其她四指垂直,并都跟手掌在一个平面内,让磁感线穿入手心,四指指向电流方向,大拇指所指得方向即为通电直导线在磁场中所受安培力得方向。

由左手定则可知:F ⊥ B ,F ⊥ I ,即F 垂直于B 、I 所决定得平面。

二、磁场对通电线圈得作用力矩

将一矩形线圈abcd 放在匀强磁场中,如图5-4所示,线圈得顶边ad 与底边bc 所受得磁场力F ad 、F bc 大小相等,方向相反,在一条直线上,彼此平衡;而作用在线圈两个侧边ab 与cd 上得磁场力F ab 、F cd 虽然大小相等,方向相反,但不在一条直线上,产生了力矩,称为磁力矩。这个力矩使线圈绕OO ' 转动,转动过程中,随着线圈平面与磁感线之间夹角得改变,力臂在改变,磁力矩也在改变。

当线圈平面与磁感线平行时,力臂最大,线圈受磁力矩最大;

当线圈平面与磁感线垂直时,力臂为零,线圈受磁力矩也为零。

电流表就就是根据上述原理工作得。

三、电流表工作原理

磁场对直线电流得作用力

磁场对通电矩形线圈得作用力矩