磁场与电磁感应知识

项目二磁场与电磁感应的认识

任务：1、了解磁场的概念。

2、了解电流的磁效应，并会判断磁场的方向。

3、掌握磁场的主要物理量。

4、掌握并会运用磁场对电流的作用力。

引导：1、讨论家用吊扇接通电源后不能正常运转，而接上启动电容后电风扇就可以正常运行的原因，说明电容器在实际生活中的应用。

2、举例子我们常用的电机通电后能够转动，发电机发电怎么样从磁场中获得电流。

一、磁场

1、磁体与磁极

某些物体能够吸引铁、钴、镍等金属或者它们的合金的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体为天然磁体和人造磁体两大类。常见的人造磁体有条形、U 形和针形等几种，如图1所示。

图1 人造磁体

2、磁场与磁力线

磁体两端磁性最强的区域叫做磁极。任何磁体都有两个磁极，而且无论将磁体怎么分割，它总保持两个异性磁极，即南极（S）和北极（N）。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。磁极间的相互作用力叫做磁力。为了形象地描述磁场的特点，我们引入了磁力线，磁力线也叫磁感线。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2所示。

（2）磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向，即小磁针在该点静止时的N 极指向，如图3所示。

（3）磁力线疏密程度反映了磁场的强弱。磁力线越密集，表示磁场越强，磁力线越稀疏，表示磁场越弱。

图2 磁力线图3 磁力线方向与磁场方向二、电流的磁效应

磁铁并不是产生磁场的唯一物质。把小磁针放在通电导线周围，磁针会发生偏转，如图1所示。这一实验现象表明，电流能够产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。

（1）通电直导体产生的磁场

通电直导体周围磁场的磁力线是一系列以导体为圆心的同心圆，并且在与导体垂直的平面上。其方向可以用安培定则（右手螺旋定则）来判定，右手螺旋法则判定：右手握住直导体，大拇指的指向为电流方向，则四指的环绕方向为磁感线的方向。如图4所示。

图4 安培定则（通电直导体）

实验证明：通电直导体周围磁场的强弱与电流强度有关，电流越大，磁场越强。空间某一点磁场强弱与距离通电导体的远近有关，距离导体越近磁场就越强。

（2）通电螺线管产生的磁场

把导线一圈圈紧密绕制在空心圆筒上制成螺线管，通电后，由于每匝线圈产生的磁场相互叠加，因而在内部能产生较强的磁场。通电螺线管产生的磁场与条形磁铁的磁场相似，一端为N极，另一端为S极。其磁力线的方向也可以用安培定则来确定，右手螺旋法则：右手握住螺线管，四指的环绕方向为电流方向，则大拇指的指向为螺线管内部的磁感线方向。如图5所示。

图5 安培定则（通电螺线管）

三、磁场的主要物理量

1、磁感应强度

磁感应强度是来描述磁场强弱和方向基本物理量的，常用符号B表示，其定义为：

单位：特斯拉（T）

式中F ——通电导体在磁场受到的磁场力；

I ——导体中的电流；

l ——导体的有效长度

***磁感应强度B 由磁场本身决定，当导体电流为 0 时，F 为 0 ，但B不为 0 ，F与I · l 的比值为常数不变。

2、磁通量

磁通又称磁通量，是表示磁场中穿过某截面的磁感线的总数，用符号Φ表示：

单位：Wb （韦伯）

式中B——磁感应强度，单位 T；

S——截面的面积，单位 m 2 ；

α——磁场方向与截面的夹角。

3、磁导率(了解性学习)

磁导率表示磁介质导磁性能的物理量，用μ表示，不同的磁介质磁导率不同。在国际单位制中，磁

l

I

F

B

⋅

=

BS

=

φ

BS

=

φα

φsin

BS

=0

=

φ

导率的单位是 H/m（亨 / 米）。

真空的磁导率是一常数，用μ0

表示，即：

相对磁导率为某物质的磁导率与真空中的磁导率的比值，即

分类：

反磁性物质（非铁磁性物质）

顺磁性物质（非铁磁性物质）

铁磁性物质

4、磁场强度

磁场强度是用来描述形成磁场的的物理量，定义式为

单位：安/米（A/m）

当磁介质发生变化时磁感应强度发生变化，而形成该磁场的本质并未发生变化，故磁场强度未发生变化。

磁场强度的大小只与形成该磁场的电流大小及导体的外形尺寸有关，而与磁介质无关。

通电螺线管内部磁场强度为：

四、磁场对电流的作用力

1、磁场对通电直导体的作用力

（1）电磁力的大小

（2）电磁力的方向

左手定则：伸出左手，使大拇指跟其余四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，

m

H⋅

⨯

=-7

10

4π

μ

μ

μ

μ=

r

1

＜

r

μ

1

＞

r

μ

1

＞＞

r

μ

μ

B

H=

l

I

N

H

⋅

=

BIl

F=θ

sin

BIl

F=0

=

F