電工學(xué)02-磁場與電磁感應(yīng)

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(yīng)第五節(jié)自感第六節(jié)互感1．了解通電直導(dǎo)線和通電螺線管的磁場。2．理解磁場方向與電流方向的關(guān)系。

第一節(jié)

磁場《電工學(xué)》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?yàn)榇艌龅淖饔?，磁場具有怎樣的特性呢？《電工學(xué)》課件一、磁體及其性質(zhì)二、磁場與磁感線三、電流的磁場《電工學(xué)》課件一、磁體及其性質(zhì)某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)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(xué)》課件磁體兩端磁性最強(qiáng)的部分稱磁極?？梢栽谒矫鎯?nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁針，靜止后總是一個(gè)磁極指南，另一個(gè)指北。指北的磁極稱北極（N）；指南的磁極稱南極（S）?！峨姽W(xué)》課件與電荷間的相互作用力相似，當(dāng)兩個(gè)磁極靠近時(shí)，它們之間也會(huì)產(chǎn)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(gè)磁極，而且無論把磁體怎樣分割總保持有兩個(gè)異性磁極?！峨姽W(xué)》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(zhì)——磁場。磁極之間的作用力通過磁場進(jìn)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(xué)》課件條形磁體的磁感線蹄形磁體的磁感線《電工學(xué)》課件3．磁感線方向與磁場方向關(guān)系

在磁感線上，每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁場方向，即放在該點(diǎn)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(nèi)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(xué)》課件三、電流的磁場不僅磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場，這種現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。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(dǎo)線下方，小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)電流的磁場《電工學(xué)》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(dǎo)線，大拇指所指的方向?yàn)殡娏鞣较颍闹杆傅姆较驗(yàn)榇鸥芯€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?yàn)殡娏鞯姆较?，大拇指所指的方向?yàn)橥娐菥€管內(nèi)部磁感線的方向，即螺線管的N極方向。磁場的應(yīng)用-磁懸浮列車《電工學(xué)》課件

1．理解磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率的概念。

2．了解鐵磁物質(zhì)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(xué)》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(shí)驗(yàn)，在蹄形磁體兩極所形成的均勻磁場中，懸掛一段直導(dǎo)線，讓導(dǎo)線方向與磁場方向保持垂直，給導(dǎo)線通電，可以看到導(dǎo)線因受力而發(fā)生擺動(dòng)。這說明磁場對進(jìn)入場中的運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)體有磁力的作用。要定量地描述這個(gè)作用力的大小，需要引入磁感應(yīng)強(qiáng)度這個(gè)矢量來衡量，以此來磁場中各點(diǎn)磁場的強(qiáng)弱和方向。

《電工學(xué)》課件一、磁感應(yīng)強(qiáng)度二、磁通三、磁導(dǎo)率《電工學(xué)》課件一、磁感應(yīng)強(qiáng)度

導(dǎo)線方向與磁場方向保持垂直，經(jīng)導(dǎo)線通電，可以看到導(dǎo)線因受力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

先保持導(dǎo)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(dǎo)線通電部分的長度。比較兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通電導(dǎo)線長度一定時(shí)，電流越大，導(dǎo)線所受電磁力越大；電流一定時(shí)，通電導(dǎo)線越長，電磁力也越大。《電工學(xué)》課件

磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)線，所受電磁力F與電流和導(dǎo)線長度的乘積的比值稱為該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示，即《電工學(xué)》課件

磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，它的方向就是該點(diǎn)的磁場的方向。磁感線的疏密程度可以大致反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。在同一個(gè)磁場的磁感線分布圖上，磁感線越密的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁場越強(qiáng)?！峨姽W(xué)》課件二、磁通設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，有一個(gè)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(gè)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(dāng)面積一定時(shí)，如果通過該面積的磁感線越多，則磁通越大，磁感越強(qiáng)。從φ=BS，可得這表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。三、磁導(dǎo)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(shí)驗(yàn)，表明不同的媒介質(zhì)對磁場的影響不同，影響的程度與媒介質(zhì)的導(dǎo)磁性能有關(guān)。

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

表示，即：相對磁導(dǎo)率只是一個(gè)比值。它表明在其他條件相同的情況下，媒介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度的多少倍。

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

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

磁化及應(yīng)用：使原來沒有磁性的物質(zhì)具有磁性的過程稱為磁化。

只有鐵磁性物質(zhì)才能被磁化，而非鐵磁性物質(zhì)是不能被磁化的。這是因?yàn)殍F磁物質(zhì)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(shí)，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(huì)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。《電工學(xué)》課件

不同鐵磁材料的分類：名

稱特

點(diǎn)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(yáng)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(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、變壓器、繼電器等設(shè)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(jì)算機(jī)的磁盤《電工學(xué)》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(xué)》課件

萬用表萬用表是測量低壓電路（電壓在1000V以內(nèi)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(shí)，將電壓表擋位調(diào)整到電壓擋，然后將紅色、黑色測量表筆接在燈泡的兩側(cè)接線柱上。此時(shí)，可以看到電壓表的指針從零位向右側(cè)偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的指針指示了該燈泡當(dāng)前的電壓。同時(shí)，萬用表還可以測量出燈泡電路中的電流大小。《電工學(xué)》課件

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

通常把通電導(dǎo)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(dǎo)體的作用及判斷電磁力的方向《電工學(xué)》課件1．通電直導(dǎo)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(gè)手指垂直，并且都跟手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，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(dǎo)體所受電磁力的方向?！峨姽W(xué)》課件2．通電直導(dǎo)體所受電磁力的大小

利用磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式，可得電磁力的計(jì)算式為

當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時(shí)，電流所受的電磁力最大?！峨姽W(xué)》課件如果電流方向與磁場方向不垂直，而是有一個(gè)夾角α，這時(shí)通電導(dǎo)線的有效長度為。電磁力的計(jì)算式變?yōu)椤峨姽W(xué)》課件二、通電平行直導(dǎo)線間的磁場作用兩條相距較近且相互平行的直導(dǎo)線，當(dāng)通以相同方向的電流時(shí)，它們相互吸引（左圖）；當(dāng)通以相反方向的電流時(shí)，它們相互排斥（右圖）。通電平行直導(dǎo)線間的作用《電工學(xué)》課件判斷受力時(shí)，可以用右手螺旋法則判斷每個(gè)電流產(chǎn)生的磁場方向，再用左手定則判斷另一個(gè)電流在這個(gè)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(dǎo)體，為了使母線不致因短路時(shí)所產(chǎn)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(gè)絕緣支柱，以平衡電磁力。

《電工學(xué)》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(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的基本原理。在均勻磁場中放入一個(gè)線圈，當(dāng)給線圈通入電流時(shí)，它就會(huì)在電磁力的作用下旋轉(zhuǎn)起來。電刷換向器《電工學(xué)》課件利用永久磁鐵使通電線圈偏轉(zhuǎn)的磁電式儀表也是根據(jù)此原理制成的?！峨姽W(xué)》課件

1．理解感應(yīng)電動(dòng)勢的概念。

2．掌握電磁感應(yīng)定律以及感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算公式。第四節(jié)

電磁感應(yīng)《電工學(xué)》課件

手搖發(fā)電的電筒手搖發(fā)電筒的結(jié)構(gòu)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(guān)6—預(yù)留的電池倉7--橡膠減震圈8--線圈9--強(qiáng)力磁鐵手搖發(fā)電的電筒是如何發(fā)亮的呢？《電工學(xué)》課件一、感應(yīng)電流的產(chǎn)生及方向判定二、感應(yīng)電動(dòng)勢及方向判定《電工學(xué)》課件一、感應(yīng)電流的產(chǎn)生及方向判定將一條形磁鐵放置在線圈中，當(dāng)其靜止時(shí)，檢流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)，但將它迅速地插入或拔出時(shí)，檢流計(jì)的指針都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明線圈中有電流?！峨姽W(xué)》課件

這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)勢稱為感應(yīng)電動(dòng)勢。1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象

2．利用愣次定律判斷感應(yīng)電流方向

以上實(shí)驗(yàn)表明：在線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的原因是由于磁鐵的插入和拔出導(dǎo)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(yīng)電動(dòng)勢在方向上的關(guān)系，即：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。楞次定律《電工學(xué)》課件二、感應(yīng)電動(dòng)勢及方向判斷

在上述實(shí)驗(yàn)中，如果改變磁鐵插入或拔出的速度，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，磁鐵運(yùn)動(dòng)速度越快，指針偏轉(zhuǎn)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(yīng)電動(dòng)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(yīng)定律。

1．法拉第電磁感應(yīng)定律《電工學(xué)》課件用ΔΦ表示時(shí)間間隔Δt內(nèi)一個(gè)單匝線圈中的磁通變化量，則一個(gè)單匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為如果線圈有N匝，則感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為《電工學(xué)》課件2．直導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢電磁感應(yīng)-直導(dǎo)體切割磁力線

感應(yīng)電動(dòng)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?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。《電工學(xué)》課件當(dāng)導(dǎo)體、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向三者互相垂直時(shí)，導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢為：

如果導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向與磁感線方向有一夾角α，則導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢為

《電工學(xué)》課件發(fā)電機(jī)就是應(yīng)用導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的原理發(fā)電的，實(shí)際應(yīng)用中，將導(dǎo)線做成線圈，使其在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而得到連續(xù)的電流。實(shí)際應(yīng)用的發(fā)電機(jī)《電工學(xué)》課件【例】

如下圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一長度為的直導(dǎo)體AB，可沿平行導(dǎo)電軌道滑動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)體以速度向左勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，試確定導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向和大小。解:（1）導(dǎo)體向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電回路中磁通將增加，根據(jù)楞次定律判斷，導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向是B端為正，A端為負(fù)。用右手定則判斷，結(jié)果相同。（2）設(shè)導(dǎo)體在Δt時(shí)間內(nèi)左移距離為d，則導(dǎo)電回路中磁通的變化量為

所以感應(yīng)電動(dòng)勢 如果導(dǎo)體和磁感線之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則判斷感應(yīng)電流方向較為方便；如果導(dǎo)線與磁感線之間無相對運(yùn)動(dòng)，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(yīng)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(yīng)用。

2．理解電感器的儲(chǔ)能特性。

第五節(jié)

自感《電工學(xué)》課件

下面兩個(gè)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(guān)SA閉合瞬間和斷開瞬間電路的現(xiàn)象。開關(guān)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(guān)SA，燈泡先閃亮一下，然后才熄滅。想一想，為什么會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象呢？《電工學(xué)》課件一、自感現(xiàn)象二、自感系數(shù)與自感電動(dòng)勢三、自感現(xiàn)象的應(yīng)用四、線圈L的儲(chǔ)能《電工學(xué)》課件一、自感現(xiàn)象由于燈泡HL2與線圈L串聯(lián)，開關(guān)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(yīng)電動(dòng)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(guān)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(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的感應(yīng)電動(dòng)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(chǎn)生的較強(qiáng)感應(yīng)電動(dòng)勢，使該回路中瞬間通過較大的感應(yīng)電流，所以燈泡會(huì)突然閃亮。從上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)可以看出，當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢總是阻礙線圈中原來電流的變化?！峨姽W(xué)》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(yīng)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為自感電動(dòng)勢，用eL表示，自感電流用iL表示。《電工學(xué)》課件二、自感系數(shù)與自感電動(dòng)勢自感電流產(chǎn)生的磁通稱為自感磁通。一個(gè)線圈中通過單位電流所產(chǎn)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(xué)》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(gè)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(dāng)其結(jié)構(gòu)一定時(shí)，可近似地看成線性電感。《電工學(xué)》課件2．自感電動(dòng)勢由代入可得有《電工學(xué)》課件三、自感現(xiàn)象的應(yīng)用日光燈電路《電工學(xué)》課件四、線圈L的儲(chǔ)能電感線圈與電容器相似，都是電路中的儲(chǔ)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(chǔ)存磁場能量的能力。

《電工學(xué)》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(yīng)用。2．會(huì)判斷和測定互感線圈的同名端。

第六節(jié)

互感《電工學(xué)》課件發(fā)電廠通過輸電線路輸送的超高壓電，經(jīng)過變電站的變壓器降壓，可以進(jìn)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(shè)備，主要由鐵心和線圈組成，根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律和楞次定律，當(dāng)接通電源的那組線圈中的電流變化時(shí)，這個(gè)線圈在鐵心中產(chǎn)生的磁場也發(fā)生了變化，這時(shí)，在副線圈(就是原本沒有通電的那組線圈)上就要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的另一種特殊現(xiàn)象，即互感現(xiàn)象。

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