《磁的基本概念》PPT课件.ppt

学习方法 始终以变化的概念对待磁的问题 不变就没有工程应用价值 即始终不忘记频率这个参数 掌握单位的物理意义 由于电磁学的单位经常用科学家的名字命名的因此不容易记忆与换算 如韦伯 奥斯特 特斯拉 高斯 亨利和安培等 学会联想学习 与电路的概念 力学的概念 能量等进行联想学习 因为我们已经有很好的物理基础 力学 电学两大门类 第一章磁的基本概念 19 20世纪初的四位伟大科学家Maxwell 麦克斯韦电磁场理论Lenz 楞次定律Amper 安培定律Frady 电磁感应定律单位制 国际单位制 标准统一 计算方便 但工程应用不方便 实用单位 工程上使用比较方便 1 1磁的基本现象 永久磁铁 能长时间保持磁性的介质 将永久磁棒悬挂起来 总是一头指南 一头指北 指南的一头称S South 极 指北的一头称为N极 North 自然界有一类特殊物质Fe Ni Co等在一定条件下 能相互吸引 这种物质称它们具有磁性 很多磁性材料是稀有金属 而铁是黑色金属 自然界存储广 所以称为 黑色艺术殿堂 使这类物质具有磁性的过程称为磁化 磁化过程 在磁性物质分子间有一种特殊的作用力而使每一区域内的分子磁铁都排列整齐 显示磁性 这些小区域称为磁畴 磁畴 分子由于电子环绕原子核运动和本身自转运动而形成分子电流 分子电流产生磁场 每个分子相当于一个基本小磁铁 磁化 Magnetization 无外磁场作用下特点 有外磁场作用下的特点 磁的现象 B 空间有种物质称为磁场 与引力场和电场一样 相同磁极性靠近时互相排斥 相反的磁极性靠近时互相吸引 吸引与排斥说明下列问题 A 有作用力 就有有能量 磁场的表达 科学家的实验 小磁针放在磁铁附近 在磁力的作用下的表现 磁力线 磁感应线 磁通线表示磁场 并不真正存在这些线条 也没有物理量在这些线条上流动 只是为了表达 磁场发现 最早发现是力 力学是早于电学发展的 因为容易被人们体验 但电学和磁学不容易发觉和体验 所以电学是在力学比较成熟的时候才得以发展 实验中发现的一些磁现象 为了解释这些现象 就用磁场来表达 电学电磁学发展尤其快 人们驾驭它们的能力非常强大 以至于导致今天生活的巨大变化 人类离不开电了 1 2电流与磁场 如果将载流导体或运动电荷搬到磁场中 导体受到作用力 克服作用力移动则要做功 而做功需要能量 能量变化需要场地和时间 所以在理解磁现象的时候 千万别忘记了能量 时间和场地三个要素 载载流导体周围有磁场 说明下列问题 A 电流产生磁场 B 电流被磁场包围 安培定则 右手定则 磁场是电流产生的 而电流总是被磁场所包 右手定则 围绕两根平行载流导体的磁场 每根导体流过相等的电流 但方向相反 即一对连接电源到负载的导线 空心线圈磁场 每根导线单个的场在线圈内叠加产生高度集中和线条流畅的场 磁场最强的地方和磁场最弱的地方 等磁位线 磁场最强处 1 3磁的单位和电磁基本定律 由于用科学家的名字命名的磁学单位难以理解和记忆 而电学单位和力学单位使用时间较长和生活中的接触程度大容易记忆 研究磁的单位的意义和方法 联想学习方法 用单位长度的导线 放在均匀的磁场中 通过单位电流所受到的力的大小 表示磁场的强弱 磁感应强度 是表示磁场内某点磁场的强度和方向的物理量 方向 左手定则判断 单位 特斯拉国际单位 SI 制高斯电磁单位 CGSM 制 1 3 1磁感应强度 要研究磁感应强度的单位要从源头分析 力 1牛顿 安培米 1特斯拉1高斯 1克 安厘米 厘米克秒制 CGS 1T 10000GS 思考一下 垂直通过一个截面的磁力线总量称为该截面的磁通量 简称磁通 用 表示 1 3 2磁通 单位 韦伯 简称韦SI制麦克斯韦 简称麦CGSM制1韦 108麦 在一般磁芯变压器和电感中 给定结构磁芯截面上 或端面积相等的气隙端面间的磁场基本上是均匀的 则磁通可表示为 均匀磁场中的磁通 面积Area 磁通单位换算 磁力线的数量 磁密单位 牛顿 安米 面积单位 平方米磁通单位 牛顿米 安 用韦伯表示 b 从磁通的单位可以揭示出电流产生力矩的特点 即电磁力的特性 和 制单位换算 磁感应强度也称为磁通密度简称磁密 FluxDensity 1 3 3磁导率 和磁场强度 H 联想电路中的电压和电流的关系 为了描述它们的数量关系 引入电阻R 表示导体的固有特性的物理量 磁场中引入 解决磁场强度和磁感应密度的数量关系 表示磁场媒介固有特性的物理量 电流产生磁场 但电流在不同的介质中产生的磁感应强度是不同的 为了表征这种特性 将不同的磁介质用一个系数 来考虑 称为介质磁导率 表征物质的导磁能力 在介质中 越大 介质中的磁感应强度B就越大 真空中的磁导率 比 0大的倍数称为材料的相对磁导率 r 1 磁介质的磁导率 在任何介质中 磁场中某点的B与该点的 的比值定义为该点的磁场强度H 即磁场强度是矢量 单位 安 米SI制奥特斯CGSM制 2 磁场强度H 磁场强度与媒介有关系吗 1 磁场强度H与媒介无关 与提供磁路的材料无关 2 磁场强度H只与产生它的电流有关 3 相同的电流在不同的媒介中产生的磁感应强度不同 而磁场强度一样 揭示材料的导磁能力 用 值表示材料的导磁性能 空气的磁导率铁的磁导率其它材料的磁导率 相对磁导率 工程上为了图简洁方便 采用相对磁导率 即把材料的实际磁导率与空气磁导率的比值 是谁的 在磁场中任意一个封闭曲面内 磁感应强度向量的面积积分恒等于零 磁场中的高斯定理 S 高斯定理 磁场中所谓某点的磁场强度大小 并不代表该点的磁场的强弱 代表磁场强弱是磁感应强度 引入磁场强度 为了便于分析计算 1 3 4安培环路定理 到现在为止 已经知道电流与磁场强度有密切的关系 用安培环路定理 解决了它们之间的数量关系 安培环路定理也称全电流定理 在电流产生的磁场中 矢量H沿任意闭合曲线的积分等于此闭合曲线所包围的所有电流的代数和 即 一 环形均匀介质的磁场强度 二 单导线的磁场 磁场强度最大值点 三 双导线磁场 四 线圈磁场 磁场强度单位的研究 国际单位制 磁场强度单位 安 米 A m CGS制 奥斯特即安 厘米 简称Oe 的单位的推导 单位换算 空气的相对导磁率 在真空的稳恒磁场中 磁感应强度沿任一闭合路径的积分的值 等于乘以该闭合路径所包围的各电流的代数和 电流I正负的规定 I与l成右螺旋时 I为正 反之为负 真空中的安培环路定理 1 3 5电磁感应定律 研究方法 实验方法 抓住磁通变化这个核心问题讨论 公式表明 单匝线圈匝链的磁通在1秒内变化1Wb时 线圈端电压为1V 法拉第电磁感应定律 1 解决了感应电动势与磁通变化率之间的关系 并没有说明感应电动势的方向 2 描述感应电动势方向的是楞次定律 描述如下 感生电流总是试图维持原磁通不变 这就是楞次定律 楞次定律的其它理解 1 磁场的惯性定律2 维持不变就是阻碍变化3 法拉第定律和楞次定律统称为电磁感应定律 磁铁 或通电线圈 与线圈相对运动时线圈中产生电流 线圈中电流变化时另一线圈中产生电流 闭合回路的一部分切割磁力线 回路中产生电流 四种电磁感应现象举例 1 3 6电磁能量关系 电流产生磁场 载流导体在磁场中受力 有力就会产生运动 有运动就要做功 要做功就必须有能量 有能量就要有储存的地方 移动能量需要时间和场地 就会引起状态的改变 根据电磁感应定律有 电路输入到磁场的能量 线圈中磁通增长相应的磁化电流为 电路输入到磁场的能量为 磁能积 存储在磁场中的能量 磁能积 再经过时间t 线圈中磁场达到了B 单位体积的磁场能量是磁场强度与磁感应强度乘积的1 2 输入条件 求磁芯中存储的能量 1只要有电流 不管是恒定的还是变化的 都会产生磁场 本章小结 2 磁场用磁力线形象描述 磁力线是无头无尾的光滑曲线 其切线方向表示磁场方