電工基礎(chǔ)課件模塊磁與電磁

1、模塊四 磁場(chǎng)教學(xué)重點(diǎn)： 2.掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率等物理量1.了解磁場(chǎng)及其特性3.了解磁場(chǎng)對(duì)電流的作用，掌握左手定則4.理解電感的概念，了解電感器的外形、參數(shù)，了解影響電感器電感量的因素5.了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的條件6.能熟練判別感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，會(huì)計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小第一單元 磁場(chǎng)任務(wù)1 認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)它是一種很神奇的物質(zhì)，它具有無形的力，既能把一些東西吸過來，又能把一些東西排開。他就是：磁體S極N極磁體具有極性異性相吸，同性相斥這叫磁體之間的相互作用力一.磁場(chǎng)磁體的周圍存在著一種看不見摸不著的特殊物質(zhì)，他便是磁場(chǎng)。磁體間的相互作用力是通過磁場(chǎng)傳送的。磁場(chǎng)的強(qiáng)弱：磁

2、體間的離得越近磁場(chǎng)越強(qiáng)，反之則越弱。N極S極磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)的方向：在磁場(chǎng)中某點(diǎn)放一個(gè)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，它N極所指的方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。二.磁力線它們是一組從磁體N極出來進(jìn)入S極的封閉曲線。磁力線越密表示磁場(chǎng)越強(qiáng)，磁力線越疏表示磁場(chǎng)越弱。磁力線磁力線 2.2.曲線曲線上每一點(diǎn)的上每一點(diǎn)的切線切線方向都與該點(diǎn)的磁方向都與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向場(chǎng)方向相同相同磁力線方向1.從磁體N極出來進(jìn)入S極。3.任意兩條磁力線不相交。安培定則(右手定則)將小磁針放到通有電流的導(dǎo)線附近，小磁針的方向會(huì)發(fā)生改變，說明電荷的定向移動(dòng)會(huì)形成磁場(chǎng)。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的現(xiàn)象叫做電流的磁效應(yīng)。我們通過安培定則(右手定則)來判斷磁場(chǎng)或電流

3、的方向。通電直導(dǎo)體：用右手握住導(dǎo)線，讓拇指指向電流方向，四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。通電螺線管：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是導(dǎo)線環(huán)中心軸線上的磁感線方向。三、安培力將通電導(dǎo)線放在磁場(chǎng)中，它將會(huì)受到力的作用，這個(gè)力稱為安培力。安培力的方向(左手定則)伸出左手，使拇指跟其他四指垂直，并都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線穿入手心，四指指向電流方向，大拇指所指的方向即為通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。 安培力的大小BILF B為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,單位TI為通電導(dǎo)體中電流的大小,單位AL為通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度，單位mF為通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受到的安培力的大小，

4、單位N注意：本公式僅限于電流與磁場(chǎng)垂直四.磁感應(yīng)強(qiáng)度 磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力F F 與電流 I I 和導(dǎo)線長(zhǎng)度 L 的乘積的比值叫做通電直導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B B。即IlFB B為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,單位特斯拉，用T表示注意：磁感應(yīng)強(qiáng)度B是由磁場(chǎng)本身所決定的，而與其他條件無關(guān)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小相等，方向相同，則這個(gè)區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng)。 判斷題：因?yàn)镮lFB 所以，增大電流I電感強(qiáng)度B就會(huì)減小五.磁通在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中取一個(gè)與磁場(chǎng)方向垂直，面積為 S 的平面，則 B 與 S 的乘積，叫做穿過這個(gè)平面的磁通量 ，簡(jiǎn)稱磁通。即 = BS

5、B為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,單位TS為與B垂直的某一截面面積,單位 為磁通，單位Wb注意：本公式僅限于電流與磁場(chǎng)垂直2mSB 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 可看作是通過單位面積的磁通，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 也常叫做磁通密度，并用 Wb/m2 作單位。磁通的國(guó)際單位是韋伯 (Wb) 。由磁通的定義式，可得第二單元 電感與電磁感應(yīng)任務(wù)1 認(rèn)識(shí)電感與電感器一 電感概述用銅線纏繞起來的線圈就是電感。1.電感與電感量電感在電路中的符號(hào)復(fù)習(xí)：通電螺線管周圍存在磁場(chǎng)，并且它的磁場(chǎng)與條形磁場(chǎng)相近。用右手定則判斷。由此可知，電感通電后周圍會(huì)有磁場(chǎng)產(chǎn)生，電感的主要工作方式是建立磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁能。衡量電感儲(chǔ)存磁能大小的物理量稱為電感量單位

6、：亨利用H表示常用單位毫亨(mH)、微亨(H) ，它們的關(guān)系為1 H = 10 3 mH =10 6 H電感量：用L表示2.非耦合線圈的串聯(lián)和并聯(lián)耦合：兩個(gè)線圈的磁場(chǎng)互相影響時(shí)會(huì)存在耦合現(xiàn)象。非耦合：兩個(gè)線圈的磁場(chǎng)各自隔離不相接觸則非耦合。非耦合線圈串并聯(lián)與電阻相似在直流電路中，當(dāng)電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后電感相當(dāng)于導(dǎo)線。設(shè)兩個(gè)電感為L(zhǎng)0,L1，那么兩個(gè)電感的并聯(lián)為：1010LLLLL設(shè)兩個(gè)電感為L(zhǎng)0,L1，那么兩個(gè)電感的串聯(lián)為：10LLL3.耦合線圈的串聯(lián)和并聯(lián)1.磁導(dǎo)率(判斷物質(zhì)導(dǎo)磁的能力)自然界的物質(zhì)可分為鐵磁物質(zhì)和非鐵磁物質(zhì)鐵磁物質(zhì)非鐵磁物質(zhì)無論鐵磁物質(zhì)還是非鐵磁物質(zhì)都有自己的磁導(dǎo)率，用來表示

7、，單位是：亨利/米(H/m)。 真空的磁導(dǎo)率是一個(gè)常數(shù)，用 0 表示 0 = 4 107 H/m問鑄鐵的磁導(dǎo)率是真空的200倍，那么鑄鐵的磁導(dǎo)率是多少？ 鑄鐵 = 8 105 H/m這樣表示是不是很不方便？ 相對(duì)磁導(dǎo)率(相對(duì)于真空的磁導(dǎo)率)0r 相對(duì)磁導(dǎo)率實(shí)際上就是某物質(zhì)的磁導(dǎo)率是真空磁導(dǎo)率的多少倍。根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率 r 的大小，可將物質(zhì)分為三類：順磁性物質(zhì)：r 略大于 1，如空氣、氧、錫、鋁、鉛等物質(zhì)都是順磁性物質(zhì)。在磁場(chǎng)中放置順磁性物質(zhì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 略有增加。反磁性物質(zhì)：r 略小于 1，如氫、銅、石墨、銀、鋅等物質(zhì)都是反磁性物質(zhì)，又叫做抗磁性物質(zhì)。在磁場(chǎng)中放置反磁性物質(zhì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B

8、略有減小。鐵磁性物質(zhì)：r 1，且不是常數(shù)，如鐵、鋼、鑄鐵、鎳、鈷等物質(zhì)都是鐵磁性物質(zhì)。在磁場(chǎng)中放入鐵磁性物質(zhì)，可使磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 增加幾千甚至幾萬倍。幾種常用鐵磁性物質(zhì)的相對(duì)磁導(dǎo)性材料材料相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率材料材料相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率鈷鈷174已經(jīng)退火的鐵已經(jīng)退火的鐵7 000未經(jīng)退火未經(jīng)退火的鑄鐵的鑄鐵240變壓器鋼片變壓器鋼片7 500已經(jīng)退火已經(jīng)退火的鑄鐵的鑄鐵620在真空中融化的在真空中融化的電解鐵電解鐵12 950鎳鎳1 120鎳鐵合金鎳鐵合金60 000軟鋼軟鋼2 180“C”型坡莫合金型坡莫合金115 000電感的主要工作方式是建立磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁能。我們希望電感磁場(chǎng)強(qiáng)一些空心線圈

9、的中間是空氣，磁導(dǎo)率小，因此想到在線圈中插入鐵芯，增大電感的磁場(chǎng)。2.互感M如圖所示，一個(gè)鐵芯上纏有兩個(gè)電感，它們通電后都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并相互影響，這種現(xiàn)象叫做互感，定量表示用字母M，單位亨利H。3.耦合系數(shù)兩個(gè)電感線圈耦合的松緊程度用耦合系數(shù)來表示，字母K。21LLMK 通常情況下10 K如果兩個(gè)線圈之間沒有互感，M=0，K=0如果兩個(gè)線圈之間互感很強(qiáng)，漏磁通忽略不計(jì)則，K=14.同名端與異名端如果兩個(gè)互感線圈所產(chǎn)生的磁通相互增強(qiáng)，則電流流入端就是同名端.此時(shí)電感變大如果兩個(gè)互感線圈所產(chǎn)生的磁通相互削弱，則電流流入端就是異名端.此時(shí)電感變小同名端用小圓點(diǎn)“.”或“*”標(biāo)記。5.兩個(gè)耦合線圈的串

10、聯(lián)順接串聯(lián)：串聯(lián)的兩個(gè)端子為同名端的接法等效電感：MLLL221順反接串聯(lián)：串聯(lián)的兩個(gè)端子為異名端的接法等效電感：MLLL221反6.兩個(gè)耦合線圈的并聯(lián)等效電感：MLLMLLL221221順MLLMLLL221221反二 電感器電感器是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來的元件。電感器和電阻器、電容器統(tǒng)稱電工電路的三大元件如果電感器中沒有電流通過，則它阻止電流流過它；如果有電流流過它，則電路斷開時(shí)它將試圖維持電流不變。常見的電感器有:單層空心線圈: 磁環(huán)線圈:扼流線圈:中頻線圈(收音機(jī)):工字電感:電感器的參數(shù)lSNL2為磁導(dǎo)率,單位H/mN為線圈匝數(shù)L為電感量，單位H，亨利l為繞鐵芯一周的周長(zhǎng)，單

11、位m任務(wù)2 認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)一.電磁感應(yīng)現(xiàn)象利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件a.閉合電路b.磁通量發(fā)生變化(切割磁感線)叉叉與點(diǎn)點(diǎn)磁力線方向是切線方向，從側(cè)面看樣子是：從正面看該怎么表示呢？指向里面 叉叉指向外面點(diǎn)點(diǎn)2.感應(yīng)電流的方向判斷方法:右手定則右手定則:伸開右手，讓磁感線穿過掌心，拇指方向?yàn)榍懈畲鸥芯€運(yùn)動(dòng)方向，四指方向?yàn)楫a(chǎn)生的電流方向。楞次定律當(dāng)閉合回路內(nèi)的磁通減小時(shí)，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)相同，當(dāng)閉合回路內(nèi)的磁通增加時(shí)，感應(yīng)電流磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)相反。楞次定律告訴我們磁通發(fā)生變化就會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生二.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)復(fù)習(xí)復(fù)習(xí). .電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)定義定義衡量電源力移動(dòng)正電荷做

12、功能力的物理量是電動(dòng)衡量電源力移動(dòng)正電荷做功能力的物理量是電動(dòng)勢(shì)，用勢(shì)，用E E表示，它等于電源力將單位正電荷從負(fù)極表示，它等于電源力將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極所做的功。移動(dòng)到正極所做的功。單位：?jiǎn)挝唬篤 V方向：電源負(fù)極指向正極方向：電源負(fù)極指向正極電路中有電流，必有電動(dòng)勢(shì)，否則無法電路中有電流，必有電動(dòng)勢(shì)，否則無法構(gòu)成回路構(gòu)成回路當(dāng)閉合回路的一部分切割磁感線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用e表示BLve B為磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小,單位T，特斯拉v為切割磁力線的速度,單位m/s，米每秒L為切割磁力線的長(zhǎng)度，單位m，米e為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，單位V,伏特注意：區(qū)別安培力的公式BILF 電動(dòng)勢(shì)方向：負(fù)極到正極(

13、由低電位指向高電位）電動(dòng)勢(shì)方向：c指向f電動(dòng)勢(shì)方向：b指向a說明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與電路是否閉合無關(guān)，只要導(dǎo)體切割磁感線就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。問：什么與閉合回路有關(guān)呢？答：若想產(chǎn)生感應(yīng)電流，則要求必須是閉合回路。【例】在圖中，設(shè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 為 0.1 T，切割磁感線的導(dǎo)線長(zhǎng)度l 為 40 cm，向右運(yùn)動(dòng)的速度 v 為 5 m/s，整個(gè)線框的電阻 R為 0.5 ，求：(1)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大??；(2)感應(yīng)電流的大小和方向；(3)導(dǎo)線ab所受到的安培力大小與方向;解: (1)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 (2)線圈中的感應(yīng)電流為由右手定則可判斷出感應(yīng)電流方向?yàn)?abcd 。V2 . 0V54 . 01 . 0 vBlEA4 . 0A5 . 02 . 0 REI(3)由于 ab 中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流在磁場(chǎng)中將受到安