电工学第二章 磁场与电磁感应

第二章

磁场与电磁感应磁场与电磁感应1磁场2磁场的主要物理量3磁场对电流的作用4电磁感应5自感、互感磁体及其性质某些物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体两端磁性最强的部分称为磁极。指北的磁极称北极（N—NorthPole）；指南的磁极称南极（S—SouthPole）磁体的磁极总是成对出现，同性磁极相互排斥，异性磁极互相吸引。磁体及其性质磁场与磁感线磁场：磁体周围存在一种看不见、摸不着能使指针偏转的物质，这种物质就是磁场。磁场的特点：(1).看不见、摸不着；(2).它是确实存在的；(3).可以根据它对其他物体的作用来认识它。磁场方向规定：小磁针在磁场中某点静止时，N极所指方向为该点磁场方向。磁感线

定义：在磁场中，沿磁场中的一些小磁针的N极画出一些带箭头的曲线，这样的曲线叫做磁感线。

(1)磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。(2)磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由N极出来，绕到S极；在磁体内部，磁感线的方向由S极指向N极。(3)任意两条磁感线不相交。磁感线蹄形磁铁磁感线分布磁场的分布常用磁感线来描述，磁体周围的磁感线都是从磁体的N极出发，回到S极。地磁场示意图丹麦物理学家奥斯特发现的电流磁效应，是科学史上的重大发现，揭开了物理学史上的一个新纪元。电流的磁场直线电流周围磁场磁感线为以导线上的各点为圆心的同心圆，且在跟导线垂直的平面上螺线管的磁场螺线管：一捆长线圈，由多匝导线圈组成I通过螺线管時，每一圈所起的作用就像一個扁平线圈一樣。螺线管的磁场就是所有线圈合成的磁场。II通电直导线的磁场右手螺旋定則：假设右手握住导线，而大拇指的指向就是电流方向，

那么，弯曲的手指指着的就是磁感线的环绕方向。电流方向磁场方向NS假设右手握住螺线管，而弯曲的手指指向电流方向，

拇指指向的就是螺线管的北极。

螺线管的右手定則：螺线管的磁场利用安培定则判定如下螺线管的两极实践活动试提问NNS电磁铁的应用a 电铃与蜂鸣器b 电话敲响返回电铃作用原理：电磁铁铃铛接触断路器铃锤1.电流流过2. 拉动铃锤

敲响铃铛电磁铁产生磁性当按下按钮3.「断路器」的触点脱开

切断电流4.铃锤弹回原位

触点重新接合5.电磁铁再次通电

以上过程不断重复2磁场的主要物理量地球有磁场，那么哪个地方磁场最强呢？磁铁也有磁场，电流也会产生磁场，哪个磁场大？磁场的大小与那些参数有关呢？思考磁感应强度磁场不仅具有方向性，而且各处的强弱也可能不同，靠近磁极或电流处的磁场较强，为了反映磁场的基本特性（具有力的性质），反映磁场不仅具有方向而且还有强弱，我们将引入一个叫做磁感应强度的物理量加以定量地描述．演示实验：实验图：NSA磁场对通电导线的作用力可能和哪些因素有关呢？电流大小导体长度受力大小为何这么猜呢？那么采用什么方法研究呢？猜测：问题2：问题3：控制变量法实验现象：当L一定,电流I增大时，F也增大。实验1：L不变，研究F与I的关系精确实验表明：L不变，IF实验2：I不变，研究F与L的关系F

L实验现象：当I

一定，通电导线L增大时,F也增大。精确实验表明：I不变，实验现象：逻辑推理：F

LF

IF

IL

精确实验表明，电流在磁场中所受电磁力的大小，既与导线长度L成正比，又与电流I成正比，即与I和L得乘积成正比。比值叫做磁感应强度。用B表示。而且：比值是一个常量FIL因为仰慕爱迪生，1884年特斯拉被巴切勒推荐到美国加入爱迪生的公司。特斯拉提出采用交流电系统来代替爱迪生的直流电，遭到爱迪生的强烈反对。1880年，特斯拉发明了世界上第一台交流电发电机。1889年，特斯拉在美国哥伦比亚，实现了从科罗拉多斯普林斯至纽约的高压输电实验。

1956年是特斯拉诞生100周年，国际电气技术协会决定，把国际单位制中磁感应强度的单位命名为特斯拉，简称“特”．需要注意：（1）磁感应强度是反映磁场本身特性的物理量，是由磁场自身决定的，与磁场的中有无电流无关，跟磁场中导线是否受力无关。（2）B的大小表示磁场的强弱。B的方向是该点的磁场方向（既小磁针N极在磁场中的受力的方向）（3）反映了磁场力的的性质的物理量（B的物理意义）。

匀强磁场：磁感应强度的大小和方向处处相同的磁场．（1）匀强磁场的实例：相距很近的两平行的异名磁极间的磁场；通电的长直螺线管内部（边缘部分除外）的磁场．（2）匀强磁场的磁感线分布是一组等间隔的平行线．磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小，磁感线越密的地方表示磁感强度越大．

磁感应强度(如果不是均匀磁场，则取B的平均值)与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通φ，即或

磁通磁导率磁导率μ是表示磁场空间媒质磁性质的物理量，是物质导磁能力的标志量。磁导率的单位真空磁导率μ0：实验测得，真空的磁导率自然界的所有物质可根据磁导率的大小，大体上可分为磁性材料和非磁性材料两大类。非磁性材料的相对磁导率为常数且接近于1；磁性材料的相对磁导率则很大。3.磁介质的分类顺磁物质空气、铝、锰、铬、铂等反磁物质铜、氢、汞、硫等铁磁物质铁、镍、钴、硅钢等磁性材料分类磁性物质的磁化示意图(a)无外场，磁畴排列杂乱无章。(b)在外场作用下，磁畴排列逐渐进入有序化。磁性物质的磁化磁化磁畴退磁理解磁感应强度：FILB＝●意义：描述磁场的强弱●决定因素：由磁场决定，与F、I、L无关●是矢量：就是磁场的方向（与F的方向不同）●单位：特斯拉（T），1T=1N/A·m匀强磁场：磁场区域中各点的B都相同

3磁场对电流的作用问题1：通电导线（电流）在磁场里是否一定受力？问题2：电流什么条件下会受安培力作用？跟什么有关？问题3：当电流方向与磁场方向垂直时，安培力方向如何？是否与磁场方向相同？磁场对放于其中的通电的直导线有力的作用，这个力叫安培力．安培力的大小为：F=BIL此式表明：安培力大小与电流的大小，与通电导线在磁场中的长度成正比，与磁感应强度B成正比.在通电导线平行于磁场方向时，安培力为零左手定则IBF伸开左手四指是电流方向手心对着磁感线来的方向大姆指是磁场力方向MNPQB请用左手定则判断PQ所受磁场力的方向.F若要使用PQ对轨道的压力变为0,磁场方向应改为什么方向MNPQFI大姆指四指B安培力的三种情形1.当B与I垂直时，安培力有最大值，F＝BIL2.当B与I平行时，安培力有最小值，F＝03.当B与I斜交时，安培力F＝BILsinθθ（它的有效长度是红色线段