电工电子教案(共80页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 电工电子技术教案 任课老师:教授班级：星期一二三四五单周1-2计算机(201)12机械1计算机(205)12钳焊计算机(205)12钳焊3-4电工电子(502)13机械电工电子(502)13机械电工电子(203)12机械45-6电工电子(203)12机械4计算机(201)12机械1双周1-2计算机(502)11机电4电工电子(202)12机械2计算机(103)12机械33-4计算机(103)12机械3计算机(502)11机电4电工电子(202)12机械25-6电工电子(202)12机械2模块一电工基础知识 课题一直流电路掌握一定的电工电子基础知识，是现代人必备的基本

2、素质。电路的定义电路是电流可以通过并利用其实现不同功能的电子元器件的集合，主要是由相互连接的电气设备和电器元件构成的网络。构成电路的基本部分1）电气设备2）电器元件3电路的主要作用：1）实现电能的传输、分配和转换，2）能实现信号的传输和处理如电炉在电流通过时是将电能转换成热能，电视机可将接收的信号经过处理，转换成图像和声音。4电路的种类根据使用的电源不同，电路可以分为：1） 直流电路2） 交流电路。手电筒就是一种最简单的直流照明电路，5一般电路的组成基本部分1）电源、2）负载、3）开关4）连接导线。知识一 电路及基本物理量一、电流1.定义：电荷在电场力的作用下有规则的定向移动称作电流。2.方向

3、：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。3.大小：电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面电荷量的多少。电流I用下式表示： I=Q/t 4单位：基本单位：安培(A)=库仑(C)/秒(S)换算单位：千安(kA) 1kA=103A毫安(mA)1mA=10-3A微安(uA)1uA=10-3mA=10-6A5电流方向的确定：在电路的分析计算中，可以任意假定一个电流方向，列方程求解，当解出电流值为正，则电流的实际方向与假定方向一致，反之，当解出的电流值为负值时，则电流的实际方向与假定方向相反。a)I0 b)I0 6.电流的测量：1）电流表、2）安培表、3）交流电流表、4）直流电流表二、电流密度 1定义

4、：电流密度是指当电流在导体的截面上均匀分布时，该电流与导体横截面积的比值。用字母J表示，2计算表达式： J=I/S 3单位： A/mm2。 选择合适的导线横截面积就是使导线的电流密度在允许的范围内，保证用电量和用电的安全，否则会产生火灾。 例：某照明电路需要通过21 A的电流，问应采用多粗的铜导线?(设J=6Amm2)解：由J=I/S 得S=I/J=21/6=3.5mm2学习与思考 为了用电安全，电路中的连接导线越粗越好，对吗?三、电压1电压：是衡量电场力对电荷的做功能力。2表示：用Uab表示电路中任意两点A、B间的电压， 3单位：基本单位：伏特（V）若电场力将1库仑的电荷从A点移动到B点，所

5、做的功是1焦耳，则AB两点间的电压大小就是1伏特，换算单位：千伏(kV)、毫伏(kv)、微伏(pV)： 1 kV=103V 1mV=10-3V 1uV=10-3mV=10-6V4测量：电压表5方向与正负：由正指向负。电压的方向在电路图中有两种表示方法，一种用箭头表示，另一种用极性符号四、电位1定义：电位是指电路中某点与参考点之间的电压。通常把参考点的电位规定为零，又称零电位。2单位： 伏特(V)。3表示：1）通常选大地为参考点，即视大地为零电位： 表示接地。2）在电子仪器和电气设备中，又常把金属外壳或电路的公共接点的电位设为零电位。 表示接机壳或公共接点。4相对与绝对性电位具有相对性，电位差（

6、即电压）具有绝对性，5电位的正负：正电位：当某点电位高于参考点电位(零电位)时，称其为正电位，负电位：当某点电位低于参考点电位(零电位)时，称其为正电位五、电动势 1定义：电源将正电荷从电源负极经电源内部移动到电源正极的能力称为电动势，电动势的符号用E表示，单位为伏(V)。 电动势的方向规定为在电源内部由负极指向正极。对于一个电源来说，既有电动势，又有端电压。电动势只存在于电源内部，将正电荷从电源负极经电源内部移动到电源正极；电压则是电源提供给外电路两端的电压，能够使电流持续不断沿电路流动。六、电阻 1电阻概述导体对电流的阻碍作用称为电阻，用符号R表示。2单位：基本单位：欧姆()，换算单位：千

7、欧(kn)、兆欧(Mn)， 1 k=1031 M=103K=106 3计算： 导体的电阻是客观存在的： R=L/S 4影响电阻电大有因素 1）电阻率 2）导线长度L 3）导线面积S 2)温度有关，一般金属导体的电阻随温度的升高而增大。如220 V，40 W的白炽灯不通电时，灯丝电阻为100；正常发光时，灯丝电阻高达1210 n。 5电阻与电阻率：电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量. 七、电路图1.定义：电路图是指用规定的电路元件的特定符号替代实际电路中的电气设备或元器件而构成的图形，简称电路。2.形式：电路的结构形式多样，有：1）原理图、2）接线图、

8、3）施工图、4）制板图等。 2不同材料的电阻 电阻的大小可以用欧姆表测量。根据电阻率的不同，又可将材料分成导体、绝缘体、半导体、超导体。 (1)导体 导体一般分为良导体和高电阻导体。常用的良导体主要是铜、铝、铁等，其他如金、银，其导电性能良好但价格贵，只用于特殊场合；高电阻导体主要有康铜、锰铜及铁铬铝合金等，主要用于制造精密电阻器。 (2)绝缘体 绝缘体电阻并非绝对不导电，只不过在常温下，它的电阻率很大，几乎不通过电流。但当温度和湿度上升，工作电压增大时，绝缘体的电阻会减小，漏电流会增大。为了使电路能安全工作，必须经常检测电气设备的绝缘电阻，确保其电阻值不低于规定值。 (3)半导体 半导体的导

9、电性能介于导体和绝缘体之间，电阻不随温度的升高而增大，反而随温度的升高而减小，例如纯净的锗、硅、砷化镓等，这种材料叫做半导体。改变半导体的温度、受光照射、在半导体中掺人微量杂质等，都会使半导体的导电性能发生显著的变化，这些性能都是导体和绝缘体没有的。 (4)超导现象和超导体 当温度降低到绝对零度附近时，大多数金属材料的电阻率会突然减小到无法测量的程度，可以认为其电阻率突然变为零，这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为导体。超导材料的应用前景十分诱人，如超导输电、超导发电机、电动机、超导电磁铁、超导计算机等，由于电流在超导体中传输时不发热，所以可以减小设备的冷却系统，缩小设备的体积，减

10、少能耗。再如采用超导电缆输电，不仅可以避免输电线上的电能损失，而且不需要高压，从而可以避免高压带来的意外事故。 关于超导的研究还远没有结束，因为导体由普通状态向超导状态转变时的临界温度，对于实际应用来说，还是太低了，不容易获得。同时获得高温超导材料的研究也正在探索中。对于超导可以查找有关报刊书籍或电子信息作进一步的了解。 八、万用表 万用表是一种多功能便携式常用电工仪表。可用于测量交、直流电压，电流，电阻以及二极管、三极管参数、音频电平等，是电器维修和电器实验中使用最广泛的仪表。按其结构、原理不同，可分为模拟万用表和数字万用表两大类。 1模拟万用表(也叫指针式万用表) (1)模拟万用表结构 模

11、拟万用表结构主要由表头(测量机构)、测量线路和转换开关组成。 1)表头：万用表的主要性能指标基本取决于表头的性能。表头的灵敏度是指表头指针满刻度偏转时流过表头的直流电流值，这个值越小，表头的灵敏度越高。测电压时的内阻越大，其性能就越好。 2)测量线路：测量线路是用来把各种被测量转换到适合表头测量的微小直流电流的电路，它由电阻、半导体元件及电池组成，它能将各种不同的被测量(如电流、电压、电阻等)、不同的量程，经过一系列的处理(如整流、分流、分压等)统一变成一定量限的微小直流电流送人表头进行测量。 3)转换开关：其作用是用来选择各种不同的测量线路，以满足不同种类和不同量程的测量要求。转换开关有一或

12、两个，分别标有不同的挡位和量程。 模拟万用表的刻度盘、转换开关、调零旋钮以及接线插孔均装在面板上，使用方便简单，体积小，方便携带。 (2)模拟万用表的使用 以国产MF47D型万用表为例。其外形如图l6所示。它是一种多量程仪表，可以测量盲流申流、电压，交流电压，直流电阻、晶体管参数等。其使用方法如下： 1)使用前需调整调零旋钮，使指针准确指示在刻度尺的零位置。 2)直流电压测量：将表笔插在“+”“一”插孔内，将旋转开关旋至直流电压挡的相应量程上，再将表笔并联在被测电路两端即可。如果无法预先估计被测电压的大小，可将量程旋至最大，然后根据表头指示再选择相应量程。如指针反打，只需将表笔对调即可。 3)

13、直流电流测量：将旋转开关旋至电流挡的相应量程，然后将表笔串接在被测电路中，即可测量被测电路的电流。 4)交流电压的测量：将旋转开关旋至交流电压挡的相应量程上，测量方法同测量直流电压的方法。 5)电阻的测量：将旋转开关旋至电阻挡的相应量程上，先将表笔短接调零，然后将表笔并联在被测电阻两端即可测量。 (3)使用注意事项 1)在测电流、电压时，不能带电换量程。 2)选择量程时，要先选大的，后选小的，尽量使被测值接近于量程。 3)测电阻时，不能带电测量。因为测量电阻时，万用表由内部电池供电，如果带电测量则相当于接人一个额外的电源，可能损坏表头。 4)用毕，应使转换开关在交流电压最大挡位或空挡上。学习与

14、思考 测电阻时为什么要将电阻的一端断开?为什么测电阻时双手不可碰到电阻引脚及表笔金属部分? 2数字式万用表 与模拟万用表相比，数字式仪表以十进制数字直接显示，读数直接，灵敏度高，功能多(可测量交直流电压、电流、电阻、电容、电子元件的主要参数等)，测量速率快，便于携带，使用更简单等。 (1)数字万用表的使用方法 下面以DT9208型数字万用表为例，其外形如图l一7所示。简单介绍其使用方法和注意事项。 1)使用前，应认真阅读有关的使用说明书，熟悉电源开关、量程开关、插孔、特殊插口的作用。 2)将电源开关置于0N位置。 3)交直流电压的测量：根据需要将量程开关拨至DCV(直流)或ACV(交流)的合适

15、量程，红表笔插入vQHz孔，黑表笔插入COM孔，并将表笔与被测线路并联，仪表在显示电压读数的同时会显示红表笔的极性。 4)交直流电流的测量：将量程开关拨至DCA(直流)或ACA(交流)的合适量程，红表笔插入A孔(200 mA时)，黑表笔插入COMiL，并将万用表串联在被测电路中。测量直流量时，数字万用表能自动显示极性。 5)电阻的测量：将量程开关拨至电阻挡的合适量程，红表笔插入Vf2Hz孔，黑表笔插入COM孔。如果被测电阻值超出所选择量程的最大值，万用表将显示l，这时应选择更高的量程。测量电阻时，红表笔接正极，黑表笔接负极。 另外，在测量晶体管有极性的元器件时，也应注意表笔的极性。 (2)使用

16、注意事项 1)如果无法预先估计被测电压或电流的大小，应先将万用表拨至最高量程挡测量一次，再视情况逐渐把量程减小到合适位置。 2)满量程时，仪表仅在最高位显示数字1，其他位均消失，这时应选择更高的量程。 3)测量电压时，应将数字万用表与被测电路并联。测电流时应与被测电路串联，测直流量时不必考虑正、负极性。 4)当误用交流电压挡去测量直流电压，或者误用直流电压挡去测量交流电压时，显示屏将显示“000”，或低位上的数字出现跳动。 5)禁止在测量高电压(220 V 1：2JE)或大电流(05 A以上)时换量程，以防止产生电弧，烧毁开关触点。 6)当显示“E”时，表示电池电压低于工作电压，需要更换电池。

17、测量完毕，应将量程开关拨至最高电压挡，并关闭电源。知识二 欧姆定律一、部分电路的欧姆定律1.部分电路：不含有电源的一段负载电路称为部分电路，2.部分电路欧姆定律： 导体中的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。表达式为：I=U/R二、全电路欧姆定律1.全电路:电源加部分电路组成的闭合电路称为全电路. 2.全电路欧姆定律：1)闭合电路中的电流与电源的电动势成正比，与总电阻(内电阻+负载电阻)成反比。2)表达式为： I=E/(R+r) E=IR+Ir=U外+U内= U +U内3)全电路欧姆定律又可以表述为：电源电动势等于闭合电路中内外电路电压降之和。 三、电路的三种状态 电路通常有三种

18、状态，即通路、开路和短路 1通路 电路构成闭合回路，负载有电流通过。电源端电压U与电源电动势的关系是： 电源的外特性曲线，如图: 2开路(断路) 1)电路中的电流为零，2)电压等于电源的电动势。 3短路 1）电源被短路: 电源两端未经负载而直接由导线构成闭合回路。2）电路中短路电流 I=E/r3）由于电源内阻一般都很小，短路时电流比正常电流大很多倍，电源很快会发热烧毁，甚至会引起火灾。因此短路是严重的故障状态，为避免发生这样的事故，4）通常在电路中串接熔断器或自动断路器等保护装置，以便发生短路时，迅速将故障电路自动切断。四、电功和电功率 1电功 电流所做的功，用字母W表示,单位焦耳(J) 数学

19、表达式为： 2. 电能 1) 电流做功消耗的是电能，用符号kWh表示,单位是千瓦时(度)2) 千瓦时和焦耳的换算关系为： 3）电能的大小可用电度表测量，如家用单相电度表。 3电功率 1）电流在单位时间内所做的功，叫做电功率。用字母P表示，单位瓦(w)2）数学表达式为：学习与思考 一个额定电压为220 V、额定功率为60 W的灯泡，接到220 V电源上，正常发光；当电源电压降低很多或高于220V时，灯泡会出现什么现象?知识三电阻的连接 实际电路中，电阻的连接方式多种多样，最基本和最常用的是串联和并联。一、电阻的串联 电阻串联电路具有以下特点：(1)电路中流过每个电阻的电流都相等，即：(2)电路两

20、端的总电压等于各电阻两端的分电压之和，即：(3)电路的总电阻等于各串联电阻之和，即：(4)根据欧姆定律及串联特点(1)可得：二、电阻的并联 多个用电器负载接在电路中相同的两点之间，承受同一电压，这种连接方式叫电阻的并联。知识四 基尔霍夫定律准备知识1.复杂直流电路的求解依据欧姆定律+基尔霍夫定律。2.有关复杂电路的几个基本术语（1）支路：电路中的每一个分支称为支路。每一条支路由一个或几个相互串联的电路元件所构成。图中有3条支路。其中1)有源支路: 含有电源的支路称为有源支路。图中有源支路有2条2)无源支路: 不含电源的支路称为。图中无源支路有1条（2）节点：电路中三条或三条以上支路的连接点称为

21、节点。图中有A、B两个节点（3）回路：电路中任一闭合路径都称为回路。不含交叉支路的回路称为网孔或独立回路。图中有3个回路,只有3个网孔。一、基尔霍夫第一定律 基尔霍夫第一定律（节点电流定律）它指出在电路中，任何时刻，流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。即：在电路中，任何时刻，对任一节点来说，流进或流出该节点电流的代数和等于零。二、基尔霍夫第二定律基尔霍夫第二定律（回路电压定律）在任一闭合回路中所有支路电压的代数和恒等于零。用公式表示为：U=0即在任一闭合回路中所有支路电动势的代数和等于用电器上的电压降的代数和。E=U 基尔霍夫定律既适用于直流电路也适用于交流电路例：在如图电路中，

22、已知：El=18 V，E2=9 V，Rl=R2=1，R3=4。求各支路电流。 解： 由基尔霍夫第一定律有： 由基尔霍夫第二定律列出回路电压方程回路l：回路2：代入已知数有解联立方程式解得：练习：这楼道设计一个照灯电路，要求在楼道一两头各装一只单刀双掷开关，使得两头都能控制同一盏灯的亮灭。课题小结1电流流经的路径叫电路。一般电路由电源、负载、开关和连接导线组成。2电路的几个主要物理量，见下表： 3电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量。 4欧姆定律是电路计算的基本定律之一，其数学表达式为：部分电路欧姆定律：全电路欧姆定律：5电路在三种状态下各物理量间的关系

23、 6保证电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为额定电流、额定电压和额定功率。 7电阻的连接有三种方式：串联、并联和混联，其性质见表l4。 8基尔霍夫第一定律是反映电路中，对任一节点相互关联的所有支路电流之间的关系。其表达式为I=0或I入一I出。 9基尔霍夫第二定律是反映电路中，对组成任一回路的所有支路的电压之间的关系。其表达式为U=0。 课题二磁与电磁电流可以产生磁场，磁场也可以产生电流，电与磁有着密不可分的关系。 知识一电流的磁场 磁体能够产生磁场，但它并不是磁场的唯一来源，下面主要介绍电生磁的现象。一、电流的磁场 1820年，丹麦物理学家奥斯特做了一个实验，把一条导

24、线平行地放在磁针的上方，给导线通电后发现磁针发生偏转，并停止在垂直于导体的位置上；中断导体中的电流，小磁针将恢复原位置；电流方向改变，磁针会反向转动。 在铁棒上绕上漆包线，通上电流后，铁棒能吸引铁屑。 二、电流的磁效应通电导体周围与永久磁铁一样也存在着磁场，这种现象叫电流的磁效应。 安培定则电流所产生磁场的方向用右手螺旋定则(也称安培定则)来判断。 1 直线电流产生的磁场 以右手拇指的指向表示通电电流的方向，弯曲四指的指向表示电流产生的磁场方向。 2 环行电流产生的磁场 以右手弯曲的四指指向表示通电电流的方向，拇指所指的方向即为磁场方向。知识二磁场对电流的作用一、电磁力与磁感应强度 1电磁力磁

25、场对通电导体的作用力称为电磁力，也称安培力。判断电磁力的方向：左手定则伸平左手，使大拇指与四指垂直，手心正对磁场方向，四指指向通电电流的方向，则拇指的指向就是通电导体的受力方向。 2磁感应强度 用来描述磁场中各点的磁场强弱和方向的物理量，叫磁感应强度。就是同一块磁铁，两极附近的磁场也比其他部位的磁场强。 磁感应强度的定义：也可以写成F=BIL例：试判断两根相距很近且相互平行的通电直导线之间所受电磁力的方向。 (1)两导体通过不同方向的电流，导线相互远离 (2)两导体通过同方向的电流，导线相互靠近1） 2）判别方法：先用安培定则(右手螺旋定则)判断每根导线产生的磁场方向，再用左手定则来判断另一根

26、导线所受电磁力方向。 二、磁场对通电线圈的作用 1磁场对通电线圈也有作用力 磁场对通电线圈产生电磁转矩，是使线圈绕轴线转动的原理，被广泛应用于电工仪表，如电流表、电压表、万用表等指针的偏转，都是根据这一原理制作的，也是电动机旋转的基本原理。 2磁通 用磁感应线的疏密程度可以大致反映磁感应强度的大小，当需要定量描述磁场在某一范围内分布情况时需引入一个叫磁通的物理量，用字母西表示。 磁通定义为：磁感应强度B和与它垂直方向的某一截面积s的乘积。在均匀磁场中，磁通西的表达式为： 磁通的单位是韦伯(wb)，简称韦。 当面积一定时，如果通过该面积的磁感应线越多，则磁通越大，磁场越强。这一概念在电气工程上有

27、极其重要的意义，如变压器、电动机、电磁铁等就是通过尽可能地减少漏磁通，增强一定铁心截面下磁场的强度来提高其工作效率的。知识三铁磁材料一、磁化使原来没有磁性的物质具有磁性的过程叫磁化。二、磁导率1.磁导率就是用来表示介质导磁能力的物理量，用表示，单位: 亨米(H/m)。实验测得真空中的磁导率是个常数，用0表示，2.相对磁导率:为了比较物质的导磁性能，我们把媒介质的磁导率与真空中磁导率的比值称作相对磁导率。用表示，即：三、铁磁材料 1)根据物质相对磁导率的不同，可把物质分成三类： 反磁物质。r1的物质，如空气、锡、铝等。 反磁物质与顺磁物质被称为非铁磁性材料。 铁磁物质。r 1的物质，如铁、镍、钴

28、、铁氧体、硅钢及其合金等。由于它们的相对磁导率r远大于1，其产生的磁场往往比真空中的磁场要强几千甚至几万倍。 只有铁磁物质才能被磁化，而非铁磁物质是不能被磁化的。 2)根据铁磁物质的磁滞回线不同，又可将铁磁物质分为以下三大类： 软磁材料。其特点是容易磁化，也容易退磁。常用的软磁材料有铸铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体等。一般用来制造电机、变压器、继电器、电磁铁等的铁心；铁氧体在电子技术中的应用也很广泛，如可做计算机的磁心、磁盘以及录音机的磁带、磁头等。 硬磁材料。其特点是不容易磁化，也不容易退磁。常用硬磁材料有钨钢、钻钢及铁镍铝合金等。一般用来制作各种永久磁铁、扬声器的磁钢等。 矩磁材料。其特点

29、是去掉磁场后，磁性能稳定的保持下去，具有记忆性。因此在数字信息存储系统中，可用作记忆元件和逻辑元件。常用的矩磁材料有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。四、磁的应用 磁悬浮火车 知识四电磁感应定律 训练四调查报告 课题小结 目标检测 课题三正弦交流电路 知识一交流电的基本概念一、直流电与交流电1.直流电是指方向一定而大小不断改变的电流、电压、电动势；2.交流电是指方向和大小都在不断改变的电流、电压、电动势。3.正弦交流电 交流电的方向和大小按正弦规律变化，叫正弦交流电。二、交流电的产生和正弦交流电的变化规律a) 位置: 产生电动势为0b) 位置：产生电动势为最大c) 位置: 产生电动势为0d)

30、位置：产生电动势为反向最大线圈如果不停地转动，电路中就会不断产生方向和大小随之变化的感应电动势和感应电流，交流电就是这样产生的。感应电动势的大小为： 正弦交流电动势的瞬时值表达式是按正弦规律变化的。 知识二单相正弦交流电路 知识三三相交流电路 训练五三相负载的联结 课题小结 目标检测模块二工作机械的基本电气控制线路课题一三相异步电动机点动控制线路知识一三相笼型异步电动机知识二常用低压电器知识三学习绘制、识读电路图知识四点动正转控制线路训练一安装点动正转控制线路课题小结目标检测课题二三相异步电动机自锁正转控制线路知识一接触器自锁正转控制线路知识二具有过载保护的接触器自锁正转控制线路训练二安装接触

31、器自锁正转控制线路课题小结目标检测课题三三相异步电动机的正反转控制线路知识一倒顺开关正反转控制线路知识二接触器联锁正反转控制线路训练三安装接触器联锁正、反转控制线路课题小结目标检测课题四 三相异步电动机的制动控制线路知识一三相异步电动机的机械制动知识二三相异步电动机的电气制动课题小结目标检测 课题五 可编程控制器知识一可编程控制器(PLC)的基本结构知识二可编程控制器(PLC)的工作原理及特点能力训练四 自学 相关知识三铁磁材料。学习与思考 你能举出原本没有磁性的物质被磁化的例子吗? 一、磁化 使原来没有磁性的物质具有磁性的过程叫磁化。铁钉与磁铁放在一起，一段时间后将铁钉与磁铁分开，用铁钉接触

32、铁屑，会发现铁钉能将铁屑吸起，这说明铁钉被磁化，也具有磁性。 二、磁导率 用一个插入铁棒的通电线圈去吸引铁屑，然后把通电线圈中的铁棒换成铜棒再去吸引铁屑，会发现两种情况下的吸力大小明显不同，前者比后者大得多。这说明不同的介质对磁场的影响不同，与磁场内介质的导磁能力有关。 磁导率就是用来表示介质导磁能力的物理量，用”表示，单位为亨米(nl)。不同的媒介质有不同的磁导率，实验测得真空中的磁导率是个常数，用表示，为了比较物质的导磁性能，我们把媒介质的磁导率与真空中磁导率的比值称作相对磁导率。用表示，即： 相对磁导率只是一个比值，它表示在其他条件相同的情况下，介质中的磁导率相对真空中的磁导率的倍数。

33、三、铁磁材料 1)根据物质相对磁导率的不同，可把物质分成三类： 反磁物质。r1的物质，如空气、锡、铝等。 反磁物质与顺磁物质被称为非铁磁性材料。 铁磁物质。r 1的物质，如铁、镍、钴、铁氧体、硅钢及其合金等。由于它们的相对磁导率r远大于1，其产生的磁场往往比真空中的磁场要强几千甚至几万倍。 只有铁磁物质才能被磁化，而非铁磁物质是不能被磁化的。 2)根据铁磁物质的磁滞回线不同，又可将铁磁物质分为以下三大类： 软磁材料。其特点是容易磁化，也容易退磁。常用的软磁材料有铸铁、硅钢、坡莫合金和软磁铁氧体等。一般用来制造电机、变压器、继电器、电磁铁等的铁心；铁氧体在电子技术中的应用也很广泛，如可做计算机的

34、磁心、磁盘以及录音机的磁带、磁头等。 硬磁材料。其特点是不容易磁化，也不容易退磁。常用硬磁材料有钨钢、钻钢及铁镍铝合金等。一般用来制作各种永久磁铁、扬声器的磁钢等。 矩磁材料。其特点是去掉磁场后，磁性能稳定的保持下去，具有记忆性。因此在数字信息存储系统中，可用作记忆元件和逻辑元件。常用的矩磁材料有镁锰铁氧体及1J51型铁镍合金等。磁的应用 例17 磁悬浮火车，如图l 32中右图所示，磁悬浮原理是利用列车上磁铁与铁轨上磁铁的不同磁极性之间的磁吸引力而浮起，由于列车上磁铁与铁轨两侧的相同磁极性之间的磁排斥力，使列车保持居中位置，不致左右偏移。这种利用火车与铁路轨道之间的磁作用力使火车从铁轨上浮起来

35、，既不会扬起尘土，也不会产生喷气噪声，因而是一种提高火车速度的好方法。 例18 电生磁的一个应用实例是实验室常用的电磁铁。为了进行某些科学实验，经常会用到较强的恒定磁场，但只有普通的螺线管是不够的。为此，除了尽可能多地绕制线圈以外，还采用两个相对的螺线管靠近放置，使它们的N、S极相对，这样两个线包直接就产生了一个较强的磁场。另外，还在线包中间放置纯铁(称为磁轭)，以构成磁路，聚集磁 26感应线，增强线包中间的磁场，如图l 33所示。 相关知识四 电磁感应定律学习与思考 为什么把电磁感应现象称为“动磁生电”? 一、电磁感应现象 由变动的磁场产生电流的现象称为电磁感应现象。由电磁感应产生的电动势叫

36、感应电动势，由感应电动势产生的电流叫感应电流。这一系列感应现象皆因磁场变动，因此也将变动的磁场产生电流的现象简称为“动磁生电”。 这里所说的“动，有两种情况，一种是导体与磁场之间发生相对切割运动，另一种是线圈内的磁通发生变化。 1直导体切割磁感应线产生感应电动势 如图l34所示，当导体棒AB在磁场中沿切割磁感应线的方向运动时，检流计的指针发生偏转。而且导体切割磁感应线的速度越快，指针偏转的角度越大。当导体在磁场中静止不动或沿磁感应线方向运动时，检流计指针不发生偏转。 由“恒定电流，知识知道，闭合电路中要维持持续电流，就必须有电动势的存在；在电 27磁感应现象中，闭合电路中有感应电流也必然要存在

37、对应的感应电动势。 电磁感应现象中产生的感应电动势，为人们研制新的电源提供了可能，当它作为电源向外供电的时候，应当把它与外电路作为一个闭合回路来研究，这和直流电路没有区别。 直导体中感应电动势的方向，可用右手定则判断。伸平右手，拇指与其余四指垂直，让掌心正对磁场方向，以拇指指向表示导体运动方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向(低电位指向高电位)。 发电机就是应用导线切割磁感应线产生感应电动势的原理发电的，在实际应用中，将导线作成线圈，使其在磁场中转动，从而得到连续的电流，如图135所示。 2线圈中磁通变化产生感应电动势 如图l 36所示，当把条形磁铁N极(或S极)插入或拔出线圈时，检流计

38、指针都会偏转，只是偏转方向不同，条形磁铁插入或拔出的速度越快，指针偏转越大。当磁铁在线圈中静止时，检流计的指针也静止不动。 指针偏转的原因是由于磁铁的插入或拔出，导致线圈中的磁通发生变化。变化的磁通引起线圈两端产生感应电动势，当把线圈形成闭合回路，就会有感应电流产生。 二、楞次定律 感应电动势、感应电流不仅有大小，而且还有方向。 楞次定律指出了变化的磁通与感应电动势在方向上的关系，即感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。 2R 例如在图1 36所示中，当把磁铁插入线圈时，线圈中的磁通增加。根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍磁通的增加(变化)，则线圈感应电流磁场的方向应为左N右s，再用右手螺旋

39、定则判断出感应电流的方向是由左端流进检流计。如果将磁铁放置在线圈中静止不动，线圈中的磁通量不发生变化，那么感应电流为零。 如果把线圈看成是一个电源，则感应电流流出端为电源的正极。 线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。这个规律叫做法拉第电磁感应幸律用下式表示： 式中的负号表示了感应电动势的方向和磁通变化的趋势相反，N是线圈的匝数。在实琢应用中，常用楞次定律来判断感应电动势的方向，而用法拉第电磁感应定律来计算感应电动势的大小(取决对值)。这两个定律是电磁感应的基本定律。 1自感现象 在图137a所示电路中，HLl和HL2是完全相同的两只灯泡，线圈L的阻值和电阻R的阻值相等。当开关S闭

40、合后，灯泡Hl2立即正常发光，而HLl却是慢慢变亮，为什么呢? 原来，在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈的磁通量也随着增大，由楞次定律可知，线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大。所以流经与线圈串联的灯泡的电流只能逐渐增大，灯泡只能逐渐亮起来。 如图l37b中所示电路；当开关s断开电路的瞬间会发生什么现象呢?， 会发现电路在断开的瞬间，灯泡过一会才逐渐熄灭。 原因是在断开电路的瞬间，电路中的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也随着很快减少，由楞次定律可知，线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势会阻碍线圈中电流的减少。虽然这时电路已经断开，但线圈和灯泡组成了闭合

41、回路，在这个回路中有自感电流通过，所以灯泡只能逐渐熄灭。 这种由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫做自感现象。自感现象中产生的感应电动势叫自感电动势。自感电流产生的磁通称为自感磁通。 线圈产生自感能力的强弱，用自感系数表示，也称自感，用字母L表示，它在数值上等于一个线圈中通过单位电流所产生的自感磁通。即：式中N线圈的匝数； 29 参一每一匝线圈的自感磁通。 线圈的自感是由线圈本身的特性决定的。线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，自感就越大。有铁心的线圈，其自感要比空心线圈的自感大得多。由电磁感应定律得知，自感电动势 涡流是自感现象的一个实例：在一根铁心外面绕上线圈，并将线

42、圈通交流电，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的铁心在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合回路，所以在铁心的圆周方向会产生感生电流，电流的方向沿铁心的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，被称为涡流，如图l38所示。铁心的外周长越长，交变磁场的变化越快，涡流就越大。 涡流流动时，由于铁心的电阻很小，涡流的数值很大，会使铁心发热，造成不必要的损耗。涡流还有去磁作用，会削弱原磁场，因此，涡流有时是有害的。如变压器的铁心在工作时会产生涡流，增加能耗，并导致变压器发热。为了减少发热，降低能耗，提高变压器效率，一般不用整块材料作铁心，而是把铁心材料首先轧制成很薄的板材，板材外面涂上绝缘材料，再把板材叠放在一起，形成铁心。这样，变压器在工作时，铁心中的每一片材料的回路都很小，涡流就降低了。 但有时又要利用涡流。既然导体中有电流可以发热，那么就能够利用足够大的电力在导体中产生很大的涡流，使金属受热甚至熔化。根据这个道理，人们制造出感应炉，用来冶炼金属。为了增大涡流，采用高频大功率的交流电。在感应炉中，有产生高频电流的电源，有产生交变磁场的线圈，线圈中间放置个耐火材料制造的坩埚，用来盛放有待熔化的金属，如图l39所示。 电磁炉也是利用涡流加热的。它利用电流通过线圈产生磁场，磁场内的磁感应线通过锅的底部时，会产生无数小涡流，使锅