汽車電工電子技術(shù)課件 任務2常見電磁現(xiàn)象及定律

4.2常見電磁現(xiàn)象及定律演講人

4.2.1電流的磁效應由電流產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象叫做電流的磁效應。對于直線電流、環(huán)形電流和通電螺線管周圍的磁場（磁感線）的方向可用安培定則判定。

如圖4.6所示是直線電流的磁場。直線電流磁場的磁感線是一些以導線上各點為圓心的同心圈，這些同心圓都在與導線垂直的平面上。直線電流的方向跟它的磁感線方向之間的關(guān)系用安培定則來判定：用右手握住導線，讓伸直的大拇指的方向跟電流方向一致，那么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。

如圖4.7所示是環(huán)形電流的磁場。環(huán)形電流磁場的磁感線是一些圍繞環(huán)形導線的閉合曲線。在環(huán)形導線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導線的平面垂直。環(huán)形電流的方向跟它的磁感線方向之間的關(guān)系，也可以用安培定則來判定：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向。4.2.1電流的磁效應如圖4.8所示是通電螺線管的磁場。螺線管通電以后表現(xiàn)出來的磁性，很像是一根條形磁鐵，一端相當于N極，另一端相當于S極，改變電流方向，它的兩極就對調(diào)。通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似，也是N極出來，進入S極的。通電螺線管內(nèi)部具有磁場，內(nèi)部的磁感線跟螺線管的軸線平行，方向由S極指向N并和外部的磁感線連接，形成一些閉合曲線。通電螺線管的電流方向跟它的磁感線方向之間的關(guān)系，也可用安培定則來判定：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指方向跟電流的方向一致，那么大拇指所指方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向，也就是說，大拇指指向通電螺線管的N極。圖4.6直線電流的磁場

圖4.7環(huán)形電流的磁場

圖4.8通電螺線管的磁場

4.2.2電磁力定律實驗表明，將長度為l的導體置于磁場B中，通入電流I后，導體會受到力的作用，稱為電磁力。其計算公式為??=??????sin??

式中θ是電流I方向與磁感應強度B方向的夾角，顯然，當磁場與載流導體相互垂直時，電磁力有最大值。這就是通常所說的電磁力定律，也叫畢奧薩伐電磁力定律。式中電磁力F、磁場B和載流導體I的方向由左手定則確定：伸出左手，使大拇指跟其余四個手指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，讓磁感線垂直進入手心，并使四指指向電流方向，這時手掌所在的平面與磁感線和導線所在的平面垂直，大拇指所指的方向就是通電導線在磁場中受力的方向。4.2.3電磁感應一、磁場中運動導體的電磁感應如圖4.9所示，當導體AB在磁場靜止不動或沿磁感線方向運動時，閉合回路的磁通不產(chǎn)生變化，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，電路中沒有電流。而當導體AB在磁場中切割磁感線運動時閉合電路內(nèi)磁通發(fā)生變化（增加或減小)，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這表明閉合電路內(nèi)產(chǎn)生了感應電流，也表明導體AB產(chǎn)生了感應電動勢。

設(shè)磁感應強度為B，當長度為1的直導體以大小為v的線速度切割磁感線時，導體中產(chǎn)生的感應電動勢公式為

??=??????sin??

式中，??為磁感應強度B與切割速度v方向的夾角。顯然，當??=0時，導體不切割磁場，所以感應電勢為零；當??=??/2時，導體垂直切割磁場，感應電動勢最大。上式中，B的單位是T(特),1的單位是m（米)，v的單位是m/s（米/秒)，感應電動勢E的單位是V（伏)。4.2.3電磁感應感應電動勢的方向由負極指向正極。E、B和v的關(guān)系可用如圖4.10所示右手定則確定，即伸平右手，拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿過掌心，大拇指指向運動的方向，則四指的指向即為導體內(nèi)感應電動勢或感生電流的方向。圖4.9切割磁力線運動

圖4.10右手定則4.2.3電磁感應二、線圈中磁場變化時的電磁感應法拉第通過實驗發(fā)現(xiàn)，線圈中感應電動勢的大小與下列因素有關(guān)：（1）在一定的時間內(nèi)，與線圈交鏈的磁通的變化量越大，感應電動勢越大。（2）在磁通變化量一定的條件下，這種變化所經(jīng)歷的時間越短，感應電動越大。（3）在其他條件不變的情況下，線圈的匝數(shù)越多，感應電動勢越大。

綜上所述，感應電動勢用數(shù)學公式表示為e=N|dΦ/dt|這就是法拉第電磁感應公式，它表明感應電動勢的大小與磁通的變化率成正比，與線圈的匝數(shù)N成正比。式中，磁通??的單位是Wb(韋伯)，時間t的單位是s（秒)，電動勢的單位是V（伏）。

為了解決電動勢的方向問題，楞次通過大量實驗證明，當磁鏈變化時，導體內(nèi)部的自由電子受力向線圈一端移動，在該端便積累有正電荷。楞次觀察到下列情況。4.2.3電磁感應（1）磁通方向和線圈繞向如圖4.11所示，當磁通Φ增加時，dΦ/dt>0時，正電荷移向B端，負電荷積累在A端，電動勢方向由A指向B。（2）線圈繞向方向和磁通不變，磁通Φ減小時，dΦ/dt<0時，電動勢方向相反（正電荷移向A端)。對于這一現(xiàn)象，楞次認為：當磁通增加時，電荷受力移動也產(chǎn)生磁場，該磁場方向與原磁場方向相反，阻礙