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1、第二章磁路本讲稿第一页，共三十二页2.1磁场和磁路的基本知识磁场和磁路的基本知识2.1.1磁场磁场磁磁铁铁的的周周围围存存在在着着磁磁场场，磁磁场场对对处处于于其其中中的的载载流流导导体体和和磁磁针针有有一一定定的的作作用用力力，即即磁磁场场有有力力的的效效应应。磁磁场场可可吸吸引铁类物质，使其移动做功，磁场是物质的一种形态。引铁类物质，使其移动做功，磁场是物质的一种形态。磁磁场场的的方方向向规规定定为为：将将小小磁磁针针放放在在磁磁场场的的某某一一点点，当当磁磁针静止时，其针静止时，其N极所指的方向就是该点磁场的方向。极所指的方向就是该点磁场的方向。磁磁场场线线：磁磁场场线线是是无无始始终终
2、，互互不不相相交交的的闭闭合合曲曲线线，磁磁场场线线每每一一点点的的切切线线方方向向代代表表该该点点的的磁磁场场方方向向，磁磁场场线线的的疏密表示磁场的强弱。疏密表示磁场的强弱。本讲稿第二页，共三十二页几种常见磁场磁感线的分布直线电流的磁场：直线电流的磁场：环形电流的磁场：环形电流的磁场：通电螺线管的磁场：通电螺线管的磁场：永久磁铁的磁场本讲稿第三页，共三十二页磁场是运动的电荷产生的。磁铁的磁场是由“分子环流”产生的。通电直导体的周围存在着磁场，它的磁场线是垂直于导线平面内以导线为圆心的同心圆，图2.2所示为通电直导体的磁场。通电直导体磁场本讲稿第四页，共三十二页磁场方向与电流方向可用右手螺旋
3、定则判定。磁场方向与电流方向可用右手螺旋定则判定。右手紧卧，拇指指向电流方向，则四指指向磁场方向。如图右手紧卧，拇指指向电流方向，则四指指向磁场方向。如图2.3所所示。示。右手螺旋定则本讲稿第五页，共三十二页右手螺旋定则 若四指指向电流方向，则拇指指向磁场方向。本讲稿第六页，共三十二页1 1、定义：、定义：在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的安培力培力培力培力F F F F跟电流跟电流跟电流跟电流I I I I和导线长度和导线长度和导线长度和导线长度L L L L的
4、乘积的乘积的乘积的乘积ILILILIL的比值叫磁感应强度。的比值叫磁感应强度。的比值叫磁感应强度。的比值叫磁感应强度。2 2 2 2、意义：、意义：、意义：、意义：磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B B B B是表示磁场强弱的物理量是表示磁场强弱的物理量是表示磁场强弱的物理量是表示磁场强弱的物理量。3 3 3 3、公式：、公式：、公式：、公式：4 4 4 4、单位：、单位：、单位：、单位：5 5、方向：、方向：磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向定义为该点的磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向定义为该点的磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向定义为该点的磁感应强度是矢量，把某点的磁场方向定义为
5、该点的磁感应强度的方向。磁感应强度的方向。磁感应强度的方向。磁感应强度的方向。特斯拉，简称特，国际符号特斯拉，简称特，国际符号特斯拉，简称特，国际符号特斯拉，简称特，国际符号T T T T。2.1.2磁感应强度磁感应强度B本讲稿第七页，共三十二页1 1、安培力的大小、安培力的大小（1 1）、计算公式：）、计算公式：F=BILF=BIL（2 2）、适用条件：）、适用条件：通电导线与磁场方向垂直通电导线与磁场方向垂直 匀强磁场匀强磁场 非匀强磁场中，很短的通电导线。非匀强磁场中，很短的通电导线。2.1.3安培力安培力F本讲稿第八页，共三十二页实验表明实验表明：（1）当通电导线与磁场方向垂直时，）当
6、通电导线与磁场方向垂直时，电流受到的安培力最大；电流受到的安培力最大；（2）当通电导线与磁场方向平行时，）当通电导线与磁场方向平行时，电流受到的安培力为零；电流受到的安培力为零；（3）当通电导线与磁场方向斜交时，）当通电导线与磁场方向斜交时，电流受到的安培力介于最大值和零电流受到的安培力介于最大值和零之间。之间。BIBIBI 本讲稿第九页，共三十二页2 2、安培力的方向、安培力的方向FBFI左手定则左手定则本讲稿第十页，共三十二页左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面左手定则：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内。让磁感线垂直从掌心进入
7、，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向内。让磁感线垂直从掌心进入，并使四指指向电流的方向，这时拇指所指的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。本讲稿第十一页，共三十二页NSFFB判断下图中通电导线受力的方向判断下图中通电导线受力的方向本讲稿第十二页，共三十二页例题例题1:1:画出图中第三者的方向。画出图中第三者的方向。本讲稿第十三页，共三十二页例题例题2:2:画出图中通电导线棒所受安培力的方向。画出图中通电导线棒所受安培力的方向。本讲稿第十四页，共三十二页2.1.4 2.1.4 磁通磁通磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的
8、磁通，用表示，即=BS或B=/S 由上式可知，磁感应强度在数值上等于与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通，因此，磁通又称磁密度。在国际单位制（SI）中，的单位为Vs（伏秒），通常称为韦伯，用Wb来表示。在工程中，有时用Mx(麦克斯韦)表示，1Wb=108Mx。本讲稿第十五页，共三十二页2.1.5 2.1.5 磁场强度矢量磁场强度矢量H H 因为磁感应强B是一个与磁场介质有关的物理量，为了便于对磁路进行分析，引入一个即能描述磁场性质，又与介质无关的物理量。磁场强度矢量H是仅与产生该磁场的电流大小及载流导体分布情况有关的物理量，它的方向就是磁场的方向。磁场强度矢量H与电流之间的关系是由安培环路定律
9、来描述的，即 Hdl=I本讲稿第十六页，共三十二页 磁场强度H沿任一闭合路径的线积分等于闭合路径所包围的电流的代数和.电流的正负是这样规定的:凡是电流方向与闭合路径的方向符合右手螺旋定则的,电流取正,否则取负.例2.1 一个通电环型线圈,如图2.6所示,其内部为均匀介质,应用公式Hdl=I计算线圈内各点的H.解:以磁通作为闭合路径,以其方向作为循行方向,则:Hdl=H2rI=NIH=NI/2r(A/m)本讲稿第十七页，共三十二页典型装置如图典型装置如图一、中学知道的方法：一、中学知道的方法：计算单位时间内导线切割磁力线的条数计算单位时间内导线切割磁力线的条数然后由楞次定律定方向然后由楞次定律定
10、方向均匀磁场均匀磁场导线导线ab在磁场中运动在磁场中运动电动势怎么计算？电动势怎么计算？2.2电磁感应电磁感应本讲稿第十八页，共三十二页二、二、由法拉第电磁感应定律由法拉第电磁感应定律建建坐标如图坐标如图设计算回路设计算回路L方向如图方向如图负号说明电动势方向与所设方向相反负号说明电动势方向与所设方向相反任意时刻，回路中的磁通量是任意时刻，回路中的磁通量是均匀磁场均匀磁场本讲稿第十九页，共三十二页楞次定律的应用楞次定律的应用内容：内容：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化流的磁通量的变化“四步法四步法”判断感应电流方向：判断感应电流方向：1、明确
11、原磁场、明确原磁场B方向方向2、明确磁通量的变化（是增还是减）、明确磁通量的变化（是增还是减）3、判断感应电流的磁场、判断感应电流的磁场B的方向的方向4、安培定则判断感应电流的方向、安培定则判断感应电流的方向原磁通量原磁通量的变化的变化感应电流感应电流感应电流感应电流的磁场的磁场引起引起阻碍阻碍楞次定律中楞次定律中“阻阻碍碍”的含意：阻的含意：阻碍不是阻止；可碍不是阻止；可理解为理解为“增反、减同增反、减同”本讲稿第二十页，共三十二页2.2.12.2.1互感电路互感电路互感与互感电压互感与互感电压互感应现象本讲稿第二十一页，共三十二页由一个线圈的交变电流在另一个线圈中产生感应电压的现象叫做互感
12、现象。由互感产生的感应电压叫做感应电压。互感系数互感系数本讲稿第二十二页，共三十二页2.3铁磁性物质及其磁化铁磁性物质及其磁化2.3.1磁材料的磁化过程磁材料的磁化过程 铁磁物质会在外加磁场的作用下铁磁物质会在外加磁场的作用下,产生一个与外磁场同方向的附加磁产生一个与外磁场同方向的附加磁场场,这种现象叫做磁化这种现象叫做磁化。磁化过程本讲稿第二十三页，共三十二页2.3.2磁化曲线磁化曲线 磁化曲线是铁磁性物质的磁感应强度B与外磁场的磁场强度H之间的关系曲线,所以又叫B-H曲线起始磁化曲线本讲稿第二十四页，共三十二页1.起始磁化曲线起始磁化曲线(1)OP段(2)PQ段(3)QR段(4)R点以后本
13、讲稿第二十五页，共三十二页2.磁滞回线磁滞回线起始磁化曲线本讲稿第二十六页，共三十二页 磁滞回线族中，各条磁滞回线的顶点连成的曲线叫基本磁化曲线，又称平均磁化曲线。2.3.3基本磁化曲线基本磁化曲线几种常用铁磁材料的基本磁化曲线本讲稿第二十七页，共三十二页1、软磁性材料、软磁性材料磁滞回线狭长，剩磁Br和矫顽力Hc均小，磁滞损耗小。一般用于电机，变压器等电器设备中。常用的软磁性材料有铁、硅钢、坡莫合金等。软磁和硬磁材料的磁滞回线本讲稿第二十八页，共三十二页2、硬磁性材料（永久磁性材料）、硬磁性材料（永久磁性材料）磁滞回线较宽，Br和Hc均大，一般用于制造永久性磁铁。常用的硬磁性材料有碳钢、鈷钢
14、、镍铬合金等3、矩形磁性材料、矩形磁性材料磁滞回线接近矩形，Br和Hc均大，一般用于计算机系统的“记忆”元件，如磁带、磁盘等。常用的矩形磁性材料有镁锰铁氧体，锂锰铁氧体、稀土铁磞等。本讲稿第二十九页，共三十二页2.4磁路及基本定律磁路及基本定律2.4.1磁路磁路磁通通过的路径称为磁路。几种电器设备的磁路本讲稿第三十页，共三十二页为了使励磁电流产生尽可能大的磁通，在电磁设备中要放置一定形状的铁心。绝大部分磁通将通过铁心形成闭合路径磁路。F=IN 称为磁动势，此为产生磁通的激励称为磁动势，此为产生磁通的激励IlSRm称为磁阻是磁路对磁通具有阻碍作用的物理量；称为磁阻是磁路对磁通具有阻碍作用的物理量；l 为磁路的平均长度；为磁路的平均长度；S为磁路的截面积。为磁路的截面积。磁路欧磁路欧姆定律姆定律2.4.2磁路欧姆定律磁路欧姆定律本讲稿第三十一页，共三十二页电路欧姆定律与磁路欧姆定律比较如下：电路欧姆定律与磁路欧姆定律比较如下：磁磁路路电电路路磁动势磁动势F磁通磁通磁感应强度磁感应强度B磁阻磁阻R=l/S电动势电动势E电流电流I电流密度电流密度J电阻电阻R=l/SNI+EIR若磁路不均匀，由不同材料构成，则磁路的若磁路不均匀，由不同材料构成，则磁路的磁阻应由不同的几段串联而成，即磁阻应由不同的几段串联而成，即I 0S0S11l1S12l2S2本讲稿第三十二页，共三十二页