項目四電子教案

1、電工技術基礎與技能電工技術基礎與技能電子教案電子教案主主 編編 王國玉王國玉中等職業(yè)學校教學用書（電子技術專業(yè)）中等職業(yè)學校教學用書（電子技術專業(yè)）項目四 磁場及電磁感應的認知 知識目標知識目標1了解磁場的概念與描述磁場的基本物理量。2掌握磁場對電流的作用力及方向判定。3了解電磁感應現(xiàn)象，掌握感生電流產生的條件及方向的判定。4了解自感及互感現(xiàn)象及其在實際中的應用。5了解電感元件的儲能特性，及其在電路中的作用與電路中能量的轉換關系。技能目標技能目標1掌握磁場對電流的作用力及方向的判定方法。2掌握感生電流產生條件及方向的判定。3學會互感線圈同名端的判定方法。4能識別與檢測常用的電感元件，并能識讀出

2、其主要參數(shù)。一、磁場的基本特征一、磁場的基本特征 人們把物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等金屬及其合金的性質叫做磁性，把具有磁性的物體叫做磁鐵，又稱磁體、磁鋼，俗稱吸鐵石，常見的磁鐵的形狀如圖。 在磁鐵上磁性最強的部分稱為磁極，一個磁鐵都有兩個磁極，N極與S極，在越靠近磁極的地方，磁性就越強，在遠離磁極的地方，磁性就弱。 磁場方向：在磁場中的任一點，小磁針N極受力的方向，即小磁針水平靜止時N極所指的方向，就是該點的磁場方向。磁感線是在磁場中一系列假想曲線，曲線上每一點的切線方向都與該點磁場方向相同。磁感線的疏密表示磁場強弱：磁感線密集處，磁場強；磁感線稀疏處，磁場弱。磁感線在磁體外部由N極出來進入S極，

3、在磁體內部由S極指向N極，組成不相交的閉合曲線。如右圖是條形磁鐵的磁感線。直線電流的磁場直線電流磁場的磁感線是一系列以導線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在與導線垂直的平面上?？梢钥吹?，遠離導線地方，磁感線稀疏一些，也就是說靠近導線的地方磁場強些，遠離導線的地方磁場弱些。安培定則（右手螺旋定則）：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向與電流方向一致，則彎曲的四指所指方向就是磁感線環(huán)繞方向。 螺線管的磁場通電螺線管外部，磁感線由N極出來進入S極；在通電螺線管內部磁感線與螺線管軸線平行，方向由S極指向N極，并與外部磁感線連成閉合曲線。 用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指方向與電流的方向一致，則

4、拇指所指方向即為螺線管內部的磁感線方向，即大拇指所指為通電螺線管的N極。 二、磁場的基本物理量二、磁場的基本物理量 1、磁感應強度、磁感應強度通過與磁場方向垂直的某一面積的磁力線總數(shù)，叫做通過該面積的磁通量，簡稱磁通。用字母表示。垂直通過單位面積的磁力線數(shù)目，叫磁感應強度，又稱磁通密度。磁感應強度用字母B表示，單位是T(特斯拉)。在均勻磁場中，磁感應強度 ： SB在磁場中垂直于磁場方向上的通電導體，所受的磁場力F與電流I和導線長度L的乘積IL的比值叫做通電導體所在處的磁感應強度，又稱磁通密度，用字母B表示，即：在國際單位制中，F(xiàn)單位為牛頓（N），I的單位為安培（A），L的單位為米（m），B的單

5、位為特斯拉（T），簡稱特。B是個矢量，是該點的磁場方向。ILFB 磁場對電流的作用力：安培力磁場對電流的作用力稱為安培力，其計算公式 ：在上邊公式中，要求通電導體與磁場方向相互垂直，若電流I與磁通密B成任一角度時，公式則為：BILF sinBILF 安培力的方向可用左手定則判定：伸出左手，使大拇指與其余四指垂直，并且與手掌在同一平面內，讓磁感線垂直穿過手心，四指指向電流方向，則大拇指所指方向為通電導體所受安培力的方向。 2、磁導率、磁導率磁場的強弱不僅與電流和導體的形狀有關，還與磁場中媒介質的導磁性能有關。磁導率就是一個用來描述媒介質導磁性能的物理量，和不同材料有不同電阻率一樣，不同媒介質，有

6、不同的磁導率。磁導率的單位是亨/米（H/m）。r 1的物質叫反磁性物質。r 1的物質叫順磁性物質。 順磁性物質與反磁性物質的相對磁導率約等于1，統(tǒng)稱為非鐵磁性物質。r 1的物質叫鐵磁性物質。 3、磁場強度、磁場強度 磁場中某點的磁通密度B與媒介質磁導率的比值叫該點的磁場強度。用H來表示，即：在國際單位制中，B的單位是特斯拉，的單位是亨利/米，則H的單位是安培/米 。磁場強度H也是矢量，在均勻媒介質中，其方向與磁通密度B的方向一致。 0rBBH三、磁鐵磁極的認知三、磁鐵磁極的認知 磁鐵上磁性最強的部分叫磁極。一個磁體無論如何小都有兩個磁極，一個磁極叫北極（N），一個磁極叫南極（S）。磁極具有指向

7、南北極的性質。把小磁針自由懸掛，通常把指向南極的磁極叫南極，用S表示；指向北極的磁極叫北極，用N表示。同性磁極互相排斥，異性磁極互相吸引，磁極之間的這種相互作用力叫磁力；任何磁鐵都具有兩個磁極，無論把磁鐵怎么小的分割總保持有兩個異性磁極，也就是說，N極和S極總是成對出現(xiàn)的。 磁鐵磁極的判斷磁鐵磁極的判斷地球是一個大磁體，其N極在地理南極附近，S極在地理北極附近。利用地地磁場的極性可以判斷一個未知磁鐵的N、S極，把磁鐵用細線懸掛起來，指南的一端為南極（S極），另一端為北極（N極）。也可以用一個已知磁極的磁鐵去靠近磁鐵的一端，若相互排斥則它們的磁極相同，否則相反。四、電磁感應四、電磁感應 由導體切

8、割磁力線或在閉合線圈中磁通量發(fā)生變化而產生電動勢的現(xiàn)象，稱為電磁感應。由電磁感應產生的電動勢稱為感應電動勢，由感應電動勢產生的電流稱為感應電流或感生電流。產生電磁感應的條件是：一種情況是導體與磁感線間發(fā)生相對切割運動，另一種情況是線圈中的磁通量發(fā)生變化。感應電流的方向感應電流的方向閉合電路中的部分導體做切割磁力線運動時產生的感應電流的方向，可以用右手定則來判定：伸開右手，使大拇指與其余四指垂直，并且在同一平面內，讓磁感線垂直穿過手心，大拇指指向導體切割磁感線的方向，則其余四指所指的方向就是感應電流的方向。 楞次定律：感應電流具有這樣的方向，它產生的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。 應用

9、楞次定律判定感應電流的方向的具體步驟是：（1）明確原磁場的方向，確定穿過閉合回路的磁通量是增加還是減少。（2）根據(jù)楞次定律確定感應電流的磁場方向，穿過閉合回路的磁通量增加，則感應電流磁場的方向與原磁場的方向相反；若穿過閉合回路的磁通量減少，則感應電流磁場的方向與原磁場的方向相同。（3）根據(jù)安培定則，由感應電流的磁場方向，確定感應電流的方向。電磁感應定律電磁感應定律 電路中感應電動勢的大小與穿過該電路的磁通量的變化率成正比，這就是法拉第電磁感應定律。 線圈有N匝，則可看做有N個單匝線圈串聯(lián)而成，且每匝線圈內磁通量變化情況相同，所以N匝線圈的感應電動勢大小是單匝時的N倍。即： tKetNe導線切割

10、磁感線時所產生的感應電動勢的一般公式為：導體運動速度與導體本身垂直，與磁感線成角。 sinBlve 五、電感器五、電感器 用導線繞制而成的線圈就是一個電感器，也稱電感元件，用文字符號L表示 ，電路中符號如下：電流通過電感線圈時產生磁場，磁場具有能量，所以電感器與電容器一樣，也是一種儲能元件。 電感與電感與磁鏈當電流I通過有N匝的線圈時，在每匝線圈中產生磁通量 ，則該線圈的磁鏈為: 磁通量和磁鏈的單位都是韋伯（Wb），磁鏈是導電線圈匝數(shù)與穿過該線圈各匝的平均磁通量的乘積?？招木€圈的磁通量L和磁鏈與電流I成正比，即 NILLILL或線圈的自感磁鏈 與電流I的比值稱為線圈的自感系數(shù)，簡稱電感，用字母

11、L表示。在國際單位制中，磁鏈 單位是韋伯（Wb），電流I單位是安培（A），則電感L單位是亨利（H）簡稱亨。電感的單位還有毫亨（mH）和微亨(H)。電感的物理意義是：它在數(shù)值上等于單位電流通過線圈時所產生的磁鏈，即表示線圈產生磁鏈（磁通）本領的大小，線圈電感L越大，通過相同電流時，產生的磁鏈也越大。 電感L是線圈的固有特性，其大小只由線圈本身因素決定，即與線圈匝數(shù)，幾何尺寸、有無鐵心及鐵心的導磁性質等因素有關，而與線圈中有無電流或電流大小無關。 電感的主要參數(shù)電感的主要參數(shù) 1、感抗：電感線圈對交流電流呈現(xiàn)出的一種特殊的阻礙作用。電感器的感抗大小由電感量和頻率兩個因素確定，感抗的計算公式 2、標

12、稱電流：又稱額定電流，是電感器的一個主要參數(shù)，指電感器在正常工作時所允許通過的最大電流。使用中，電感器的實際工作電流必須小于標稱電流，否則電感線圈將會嚴重發(fā)熱甚至燒毀。3、品質因數(shù)：是衡量線圈品質好壞的一個物理量，用字母“Q”表示。值表示線圈的品質，值越高，說明電感線圈的功率損耗越小，效率越高。4、分布電容：是線圈匝與匝之間、線圈與屏蔽罩之間、線圈與底板間存在的電容稱為分布電容，它的存在使線圈的品質因數(shù)降低，穩(wěn)定性變差，所以分布電容越小越好。fLXL2六、識別各種各樣的電感六、識別各種各樣的電感 鐵芯電感鐵芯電感空心電感空心電感可調電感可調電感貼片電感貼片電感色環(huán)電感色環(huán)電感工字電感工字電感電

13、感器的標稱方法及參數(shù)：電感器的標稱方法及參數(shù)：常用電感器的標稱方法有三種： (1)直標法：即將電感量直接印在電感器上，如下圖。(2)色標法：即用色環(huán)表示電感量，第一、二位表示有效數(shù)字，第三位表示倍率，第四位為誤差。數(shù)字與顏色的對應關系和色環(huán)電阻標注法相同，單位為H。如：四道環(huán)分別為棕、黑、金、金 表示1H、5%的電感。(3)數(shù)碼法：標稱電感值采用三位數(shù)字表示，前兩位數(shù)字表示電感值的有效數(shù)字，第三位數(shù)字表示0的個數(shù)，單位為H。如：104表示10104H，即0.1H。電感的測量及好壞判斷電感的測量及好壞判斷 常用的電感，其電感量是很小的，可用萬用表簡單判斷其好壞。電感的問題可能有：斷路、短路、電感

14、量減小（很少見的情況，多是由于潮濕引起的）等，可以的用萬用表簡單判斷是否斷路或短路，用R1檔，迅速測量其阻值，一般應有幾歐姆到幾十歐姆阻值，可說明無斷路或短路的情況。但理想電感器的阻值很?。ń咏?）的，若測出電阻為0，并不一定說明內部存在短路。對于一些較大的電感，也可以用小燈泡、小電池和電感器串聯(lián)成簡單的電路，用小磁針靠近電感器，小磁針應有所擺動，就說明電感器是好的。電感器的損壞可能表現(xiàn)為發(fā)燙或電感磁環(huán)明顯損壞。若電感線圈不是嚴重損壞，而又無法確定時，可用電感表測量其電感量或用替換法來判斷。電感測量的兩類儀器：RLC測量儀（電阻、電感、電容三種都可以測量）和電感測量儀。電感值的測量又分兩種情

15、況：空載測量（理論值）和在實際電路中的測量（實際值）。用RLC測量儀在電感空載情況下的電感量的測量步驟如下：1、熟悉儀器的操作規(guī)則（使用說明），及注意事項。2、開啟電源，預備1530分鐘。3、選中L檔，選中測量電感量4、把兩個夾子互夾并復位清零5、把兩個夾子分別夾住電感的兩端，讀數(shù)值并記錄電感量6、重復步驟4和步驟5，記錄測量值，測58個數(shù)據(jù)。7、比較幾個測量值：若相差不大（0.2uH以下）則取其平均值，記得電感的理論值；若相差過大（0.3 uH以上）則重復步驟2步驟6，直到取到電感的理論值。電力電感電力電感 在電力系統(tǒng)中所用的電感器又叫電抗器，它實質上是一個無導磁材料的空心線圈。它可以根據(jù)需

16、要，布置為垂直、水平和品字形三種裝配形式。在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時，會產生數(shù)值很大的短路電流。如果不加以限制，要保持電氣設備的動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定是非常困難的。因此，為了滿足某些斷路器遮斷容量的要求，常在出線斷路器處串聯(lián)電抗器，增大短路阻抗，限制短路電流。由于采用了電抗器，在發(fā)生短路時，電抗器上的電壓降較大，所以也起到了維持母線電壓水平的作用，使母線上的電壓波動較小，保證了非故障線路上的用戶電氣設備運行的穩(wěn)定性。 電抗器按用途分為七種：限流電抗器。并聯(lián)電抗器。通信電抗器。消弧電抗器。又稱消弧線圈。濾波電抗器。電爐電抗器。起動電抗器。七、自感現(xiàn)象七、自感現(xiàn)象 自感現(xiàn)象自感現(xiàn)象這種由于流過線圈本身的電流發(fā)

17、生變化，而引起的電磁感應現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象，簡稱自感。自感電動勢的大小與線圈的電感及線圈中外電流變化的快慢(變化率)成正比。 自感對人們來說，既有利又有弊。 tiLeL八、互感現(xiàn)象八、互感現(xiàn)象 互感現(xiàn)象，是指一個線圈中的電流變化而引起與它相近的其它線圈產生感應電動勢的現(xiàn)象。 同名端，就是繞在同一鐵心上線圈，由于繞向一致而產生感應電動勢的極性始終保持一致的端點叫線圈的同名端，在電路圖中用“”或“*”表示。 互感電動勢的大小正比于穿過本線圈磁通的變化率，或正比于另一線圈中電流的變化率。當兩個線圈互相平行且第一個線圈磁通的變化全部影響到第二個線圈時，互感電動勢最大；當兩個線圈互相垂直時，互感電動勢最小。

18、 和自感一樣，互感也有利有弊。 九、互感線圈的同名端的判九、互感線圈的同名端的判定定 1、交流電壓法：如圖4.22所示將兩個線圈的任意兩端聯(lián)在一起，其中的一個繞組的兩端加一個交流低電壓，用交流電壓表分別測出端電壓U1、U2和U3，若U3是兩個繞組的電壓之差，即U3=U1-U2則1、3為同名端，當然2、4也為同名端。若U3兩端電壓為兩繞組端電壓之和。U3=U1+U2則1、4為同名端，當然2、3也為同名端。 2、直流電壓法：干電池一節(jié)，萬用表一塊，接成如圖4.23所示電路。將萬用表打在直流電壓檔位（如5V）以下，或直流電流檔，如5mA，當開關閉合的瞬間，如果萬用表的指針正向偏轉，或開關斷開的瞬間反向偏轉，紅表筆接的3頭和電池正極接的頭1為同名端，反向擺時黑表筆接的頭4和電池正極接的頭1是同名端。當然，在這個測量電路里，也可以不接開關K，也就是第一個線圈直接與電池接通，而后用兩表筆去碰觸3、4兩端頭，其同名端的判定與上述結果一樣。 十、渦流及磁屏蔽 渦流是電磁感應作用在導體內部感生的電流。如圖4.24所示這樣的感應電流，看起來就象水中的旋渦，所以我們把它叫做渦電流，又稱為傅科電流。 導體在