電工學02-磁場與電磁感應

目錄第一節(jié)磁場第二節(jié)磁場的主要物理量第三節(jié)磁場對電流的作用第四節(jié)電磁感應第五節(jié)自感第六節(jié)互感1．了解通電直導線和通電螺線管的磁場。2．理解磁場方向與電流方向的關系。

第一節(jié)

磁場《電工學》課件磁鐵吸引小鐵釘指南針在地磁場的作用下能指示南、北方向。這些物理現(xiàn)象都是因為磁場的作用，磁場具有怎樣的特性呢？《電工學》課件一、磁體及其性質二、磁場與磁感線三、電流的磁場《電工學》課件一、磁體及其性質某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等物質的性質稱為磁性。具有磁性的物體稱為磁體。磁體分天然磁體和人造磁體兩大類。人造磁體《電工學》課件磁體兩端磁性最強的部分稱磁極。可以在水平面內自由轉動的磁針，靜止后總是一個磁極指南，另一個指北。指北的磁極稱北極（N）；指南的磁極稱南極（S）。《電工學》課件與電荷間的相互作用力相似，當兩個磁極靠近時，它們之間也會產生相互作用的力：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。任何磁體都具有兩個磁極，而且無論把磁體怎樣分割總保持有兩個異性磁極。《電工學》課件二、磁場與磁感線

1．磁場在磁體周圍的空間中存在著一種特殊的物質——磁場。磁極之間的作用力通過磁場進行傳遞。

2．磁感線磁場的分布常用磁感線來描述。用鐵屑模擬磁場的分布《電工學》課件條形磁體的磁感線蹄形磁體的磁感線《電工學》課件3．磁感線方向與磁場方向關系

在磁感線上，每一點的切線方向就是該點的磁場方向，即放在該點的磁針N極所指的方向；在磁體外部磁感線方向由N極指向S極，在磁體內部磁感線方向由S極指向N極，磁感線是閉合曲線。均勻磁場的磁感線《電工學》課件三、電流的磁場不僅磁鐵能產生磁場，電流也能產生磁場，這種現(xiàn)象稱為電流的磁效應。接通電源，繞上漆包線的鐵釘就成了磁體把小磁針放在通電導線下方，小磁針轉動電流的磁場《電工學》課件1．直線電流的磁場安培定則(右手螺旋定則)——右手握住直導線，大拇指所指的方向為電流方向，四指所指的方向為磁感線的環(huán)繞方向。

2．環(huán)形電流的磁場安培定則（右手螺旋定則）——右手握住通電螺線管，四指所指的方向為電流的方向，大拇指所指的方向為通電螺線管內部磁感線的方向，即螺線管的N極方向。磁場的應用-磁懸浮列車《電工學》課件

1．理解磁感應強度、磁通、磁導率的概念。

2．了解鐵磁物質的磁化的概念以及鐵磁材料的分類。

第二節(jié)

磁場的主要物理量《電工學》課件對于磁場在空間的分布情況，可以用磁感線的多少和疏密程度來形象地描述，但是這只是定性分析。通過磁場作用的實驗，在蹄形磁體兩極所形成的均勻磁場中，懸掛一段直導線，讓導線方向與磁場方向保持垂直，給導線通電，可以看到導線因受力而發(fā)生擺動。這說明磁場對進入場中的運動電荷或載流導體有磁力的作用。要定量地描述這個作用力的大小，需要引入磁感應強度這個矢量來衡量，以此來磁場中各點磁場的強弱和方向。

《電工學》課件一、磁感應強度二、磁通三、磁導率《電工學》課件一、磁感應強度

導線方向與磁場方向保持垂直，經導線通電，可以看到導線因受力而發(fā)生運動。

先保持導線通電部分的長度不變，改變電流的大小，然后保持電流不變，改變導線通電部分的長度。比較兩次實驗結果發(fā)現(xiàn)，通電導線長度一定時，電流越大，導線所受電磁力越大；電流一定時，通電導線越長，電磁力也越大。《電工學》課件

磁感應強度的單位是特斯拉，簡稱特，用符號T表示。在磁場中，垂直于磁場方向的通電導線，所受電磁力F與電流和導線長度的乘積的比值稱為該處的磁感應強度，用B表示，即《電工學》課件

磁感應強度是個矢量，它的方向就是該點的磁場的方向。磁感線的疏密程度可以大致反映磁感應強度的大小。在同一個磁場的磁感線分布圖上，磁感線越密的地方，磁感應強度越大，磁場越強。《電工學》課件二、磁通設在磁感應強度為B的均勻磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積，定義為穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。用φ表示磁通，則有

φ=BS

磁通的單位是韋伯，簡稱韋，用Wb表示。當面積一定時，如果通過該面積的磁感線越多，則磁通越大，磁感越強。從φ=BS，可得這表示磁感應強度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應強度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。三、磁導率通過鐵心棒通電線圈和銅心棒通電線圈分別吸引大頭針的實驗，表明不同的媒介質對磁場的影響不同，影響的程度與媒介質的導磁性能有關。

磁導率是一個用來表示媒介質導磁性能的物理量，用μ表示，其單位為H/m。由實驗測得真空中的磁導率μ0=4π×10-7H/m，為一常數(shù)。任一物質的磁導率與真空的磁導率的比值稱作相對磁導率，用μr

表示，即：相對磁導率只是一個比值。它表明在其他條件相同的情況下，媒介質中的磁感應強度是真空中磁感應強度的多少倍。

根據(jù)相對磁導率的大小，可把物質分為三類：順磁物質相對磁導率稍大于1。如空氣、鋁、鉻、鉑等。反磁物質相對磁導率稍小于1。如氫、銅等。

鐵磁物質相對磁導率遠大于1，其可達幾百甚至數(shù)萬以上，且不是一個常數(shù)。如鐵、鈷、鎳、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等?！峨姽W》課件

磁化及應用：使原來沒有磁性的物質具有磁性的過程稱為磁化。

只有鐵磁性物質才能被磁化，而非鐵磁性物質是不能被磁化的。這是因為鐵磁物質可以看作是由許多被稱為磁疇的小磁體所組成。

在無外磁場作用時，磁疇排列雜亂無章，磁性互相抵消，對外不顯磁性；但在外磁場作用下，磁疇就會沿著外磁場方向變成整齊有序的排列，所以整體也就具有了磁性?！峨姽W》課件

不同鐵磁材料的分類：名

稱特

點典型材料及用途硬磁材料不易磁化不易退磁碳鋼、鈷鋼等，適合制作永久磁鐵，揚聲器的磁鋼軟磁材料容易磁化容易退磁硅鋼、鑄鋼、鐵鎳合金等，適合制作交流電設備，如電動機、變壓器、繼電器等設備中的鐵心矩磁材料很易磁化很難退磁錳鎂鐵氧體、鋰錳鐵氧體等，適合制作磁帶、計算機的磁盤《電工學》課件

掌握磁場對電流的作用力公式和左手定則。第三節(jié)

磁場對電流的作用《電工學》課件

萬用表萬用表是測量低壓電路（電壓在1000V以內屬于低壓）中電壓、電流的常用測量工具。測量直流電路中燈泡的電壓時，將電壓表擋位調整到電壓擋，然后將紅色、黑色測量表筆接在燈泡的兩側接線柱上。此時，可以看到電壓表的指針從零位向右側偏轉，偏轉的指針指示了該燈泡當前的電壓。同時，萬用表還可以測量出燈泡電路中的電流大小。《電工學》課件

萬用表之所以能夠測量出電壓、電路等，主要是因為測量電流、電壓的萬用表當線圈里通入電流時，這個電流受到磁場的作用力，線圈將會發(fā)生偏轉，使得萬用表的指針偏轉一定角度。《電工學》課件一、磁場對通電直導體的作用二、通電平行直導線間的磁場作用三、磁場對通電線圈的作用《電工學》課件一、磁場對通電直導體的作用磁場對通電直導體的作用：

通常把通電導體在磁場中受到的力稱為電磁力，也稱安培力。。

磁場對通電直導體的作用及判斷電磁力的方向《電工學》課件1．通電直導體在磁場中受力方向－左手定則平伸左手，使大拇指與其余四個手指垂直，并且都跟手掌在同一個平面內，讓磁感線垂直穿入掌心，并使四指指向電流的方向，則大拇指所指的方向就是通電導體所受電磁力的方向?！峨姽W》課件2．通電直導體所受電磁力的大小

利用磁感應強度的表達式，可得電磁力的計算式為

當電流方向與磁場方向垂直時，電流所受的電磁力最大。《電工學》課件如果電流方向與磁場方向不垂直，而是有一個夾角α，這時通電導線的有效長度為。電磁力的計算式變?yōu)椤峨姽W》課件二、通電平行直導線間的磁場作用兩條相距較近且相互平行的直導線，當通以相同方向的電流時，它們相互吸引（左圖）；當通以相反方向的電流時，它們相互排斥（右圖）。通電平行直導線間的作用《電工學》課件判斷受力時，可以用右手螺旋法則判斷每個電流產生的磁場方向，再用左手定則判斷另一個電流在這個磁場中所受電磁力的方向。

高壓輸電線上的絕緣支柱

發(fā)電廠或變電所的母線排就是這種互相平行的載流直導體，為了使母線不致因短路時所產生的巨大電磁力作用而受到破壞，所以每間隔一定間距就安裝一個絕緣支柱，以平衡電磁力。

《電工學》課件三、磁場對通電線圈的作用磁場對通電矩形線圈的作用是電動機旋轉的基本原理。在均勻磁場中放入一個線圈，當給線圈通入電流時，它就會在電磁力的作用下旋轉起來。電刷換向器《電工學》課件利用永久磁鐵使通電線圈偏轉的磁電式儀表也是根據(jù)此原理制成的。《電工學》課件

1．理解感應電動勢的概念。

2．掌握電磁感應定律以及感應電動勢的計算公式。第四節(jié)

電磁感應《電工學》課件

手搖發(fā)電的電筒手搖發(fā)電筒的結構原理圖1--聚焦鏡片2—電筒殼體3—燈泡（發(fā)光二極管）4--電路板5--銅片開關6—預留的電池倉7--橡膠減震圈8--線圈9--強力磁鐵手搖發(fā)電的電筒是如何發(fā)亮的呢？《電工學》課件一、感應電流的產生及方向判定二、感應電動勢及方向判定《電工學》課件一、感應電流的產生及方向判定將一條形磁鐵放置在線圈中，當其靜止時，檢流計的指針不偏轉，但將它迅速地插入或拔出時，檢流計的指針都會發(fā)生偏轉，說明線圈中有電流。《電工學》課件

這種利用磁場產生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應現(xiàn)象，產生的電流稱為感應電流，產生感應電流的電動勢稱為感應電動勢。1．電磁感應現(xiàn)象

2．利用愣次定律判斷感應電流方向

以上實驗表明：在線圈回路中產生感應電動勢和感應電流的原因是由于磁鐵的插入和拔出導致線圈中的磁通發(fā)生了變化。

楞次定律指出了磁通的變化與感應電動勢在方向上的關系，即：感應電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。楞次定律《電工學》課件二、感應電動勢及方向判斷

在上述實驗中，如果改變磁鐵插入或拔出的速度，就會發(fā)現(xiàn)，磁鐵運動速度越快，指針偏轉角度越大，反之越小。而磁鐵插入或拔出的速度，反映的是線圈中磁通變化的速度。即：線圈中感應電動勢的大小與線圈中磁通的變化率成正比。這就是法拉第電磁感應定律。

1．法拉第電磁感應定律《電工學》課件用ΔΦ表示時間間隔Δt內一個單匝線圈中的磁通變化量，則一個單匝線圈產生的感應電動勢的大小為如果線圈有N匝，則感應電動勢的大小為《電工學》課件2．直導體切割磁力線產生感應電動勢電磁感應-直導體切割磁力線

感應電動勢的方向可用右手定則判斷。平伸右手，大拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿入掌心，大拇指指向導體運動方向，則其余四指所指的方向就是感應電動勢的方向?！峨姽W》課件當導體、導體運動方向和磁感線方向三者互相垂直時，導體中的感應電動勢為：

如果導體運動方向與磁感線方向有一夾角α，則導體中的感應電動勢為

《電工學》課件發(fā)電機就是應用導線切割磁感線產生感應電動勢的原理發(fā)電的，實際應用中，將導線做成線圈，使其在磁場中轉動，從而得到連續(xù)的電流。實際應用的發(fā)電機《電工學》課件【例】

如下圖所示，在磁感應強度為B的勻強磁場中，有一長度為的直導體AB，可沿平行導電軌道滑動。當導體以速度向左勻速運動時，試確定導體中感應電動勢的方向和大小。解:（1）導體向左運動時，導電回路中磁通將增加，根據(jù)楞次定律判斷，導體中感應電動勢的方向是B端為正，A端為負。用右手定則判斷，結果相同。（2）設導體在Δt時間內左移距離為d，則導電回路中磁通的變化量為

所以感應電動勢 如果導體和磁感線之間有相對運動時，用右手定則判斷感應電流方向較為方便；如果導線與磁感線之間無相對運動，只是穿過閉合回路的磁通發(fā)生了變化，則用楞次定律來判斷感應電流的方向。

1．理解自感現(xiàn)象和自感系數(shù)的概念，了解自感的應用。

2．理解電感器的儲能特性。

第五節(jié)

自感《電工學》課件

下面兩個電路中，HL1和HL2是完全相同的兩只燈泡，線圈L的阻值和電阻R的阻值相等，分析開關SA閉合瞬間和斷開瞬間電路的現(xiàn)象。開關SA閉合后，燈泡HL1立即正常發(fā)光，而HL2卻是慢慢變亮。斷開開關SA，燈泡先閃亮一下，然后才熄滅。想一想，為什么會出現(xiàn)上述現(xiàn)象呢？《電工學》課件一、自感現(xiàn)象二、自感系數(shù)與自感電動勢三、自感現(xiàn)象的應用四、線圈L的儲能《電工學》課件一、自感現(xiàn)象由于燈泡HL2與線圈L串聯(lián)，開關合上后通過線圈L的電流由零開始增大，穿過線圈L的磁通也隨之增加。根據(jù)愣次定律可知，感應電動勢要阻礙線圈中電流的增大，因此燈泡HL2必然要比HL1亮得慢些。斷開開關后，通過線圈L的電流突然減小，穿過線圈L的磁通也很快減少，線圈中必然要產生一個很強的感應電動勢，以阻礙電流的減小。由于線圈L與燈泡HL在電路中并聯(lián)，在電源已被切斷的情況下，依然組成回路。線圈L中瞬間產生的較強感應電動勢，使該回路中瞬間通過較大的感應電流，所以燈泡會突然閃亮。從上述兩個實驗可以看出，當線圈中的電流發(fā)生變化時，線圈中就會產生感應電動勢，這個電動勢總是阻礙線圈中原來電流的變化。《電工學》課件

這種由于流過線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產生的感應電動勢稱為自感電動勢，用eL表示，自感電流用iL表示?！峨姽W》課件二、自感系數(shù)與自感電動勢自感電流產生的磁通稱為自感磁通。一個線圈中通過單位電流所產生的自感磁通稱為自感系數(shù)（簡稱電感），用L表示，即

L的單位是亨利，用H表示。常采用較小的單位有毫亨(mH)和微亨（μH）。

1．自感系數(shù)《電工學》課件線圈的電感是由線圈本身的特性決定的。線圈越長，單位長度上的匝數(shù)越多，截面積越大，電感就越大。有鐵心的線圈，其電感要比空心線圈的電感大得多。有鐵心的線圈，其電感也不是一個常數(shù)，稱為非線性電感。電感為常數(shù)的線圈稱為線性電感?？招木€圈當其結構一定時，可近似地看成線性電感。《電工學》課件2．自感電動勢由代入可得有《電工學》課件三、自感現(xiàn)象的應用日光燈電路《電工學》課件四、線圈L的儲能電感線圈與電容器相似，都是電路中的儲能元件。電感線圈中磁場能量可用下式表示

線圈的電感反映了它所儲存磁場能量的能力。

《電工學》課件1．理解互感現(xiàn)象和互感系數(shù)的概念，了解互感的應用。2．會判斷和測定互感線圈的同名端。

第六節(jié)

互感《電工學》課件發(fā)電廠通過輸電線路輸送的超高壓電，經過變電站的變壓器降壓，可以進入企業(yè)或者社區(qū)住戶

變壓器是一種用來改變交流電壓、變換電流和阻抗的電器設備，主要由鐵心和線圈組成，根據(jù)法拉弟電磁感應定律和楞次定律，當接通電源的那組線圈中的電流變化時，這個線圈在鐵心中產生的磁場也發(fā)生了變化，這時，在副線圈(就是原本沒有通電的那組線圈)上就要產生感應電動勢和感應電流，這種現(xiàn)象就是電磁感應現(xiàn)象中的另一種特殊現(xiàn)象，即互感現(xiàn)象。

《電工學》課件一、互感現(xiàn)象和互感電動勢二、互感線圈的同名端《電工學》課件一、互感