汽车电工电子第二章

第二章磁场与电磁感应§2-1磁、磁场及根本物理量§2-2电流的磁效应§2-3电磁感应§2-4自感§2-5互感§2-1磁、磁场及根本物理量一、磁体及其性质 磁：磁是物质运动的一种根本形式，由电荷运动所产生。某些物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分天然磁体和人造磁体两大类。天然磁体：天然存在的磁体，如Fe3O4人造磁体：人工制造的磁体，包括永久磁体〔如计算机中的磁盘〕和暂时磁体〔如起重电磁铁〕

永久磁体的磁性可长期保存，暂时磁体的磁性是暂时的，它随外部磁化条件的消失而消失。 磁体两端磁性最强的局部称磁极。可以在水平面内自由转动的磁针，静止后总是一个磁极指南，另一个指北。指北的磁极称北极〔N〕；指南的磁极称南极〔S〕。

任何磁体都具有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极。

与电荷间的相互作用力相似，当两个磁极靠近时，它们之间也会产生相互作用的力：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。二、磁场与磁感线1．磁场 在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质——磁场。磁极之间的作用力通过磁场进行传递。动画2．磁感线 磁场的分布常用磁感线来描述。视频

1、磁感应强度

导线方向与磁场方向保持垂直，经导线通电，可以看到导线因受力而发生运动。三、磁场的根本物理量 先保持导线通电局部的长度不变，改变电流的大小，然后保持电流不变，改变导线通电局部的长度。

比较两次实验结果发现，通电导线长度一定时，电流越大，导线所受电磁力越大；电流一定时，通电导线越长，电磁力也越大。 在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力F与电流I和导线长度l的乘积IL的比值称为该处的磁感应强度，用B表示，即

磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，用符号T表示。

磁感应强度是个矢量，它的方向就是该点的磁场的方向。 磁感线的疏密程度可以大致反映磁感应强度的大小。在同一个磁场的磁感线分布图上，磁感线越密的地方，磁感应强度越大，磁场越强。2、磁通 设在磁感应强度为B的均匀磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，我们把B与S的乘积，定义为穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用φ表示磁通，那么有 φ=BS 磁通的单位是韦伯，简称韦，用Wb表示。 如果磁场不与所讨论的平面垂直，那么应以这个平面在垂直于磁场B的方向的投影面积S’与B的乘积来表示磁通。 当面积一定时，如果通过该面积的磁感线越多，那么磁通越大，磁感越强。 从φ=BS，可得这表示磁感应强度等于穿过单位面积的磁通，所以磁感应强度又称磁通密度，并且用Wb/m2作单位。3、磁导率

不同的媒介质对磁场的影响不同，影响的程度与媒介质的导磁性能有关。

磁导率是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用μ表示，其单位为H/m。由实验测得真空中的磁导率μ

0=4π×10-7H/m，为一常数。自然界大多数物质对磁场的影响甚微，只有少数物质对磁场有明显的影响。任一物质的磁导率与真空的磁导率的比值称作相对磁导率，用μr表示，即：

相对磁导率只是一个比值。它说明在其他条件相同的情况下，媒介质中的磁感应强度是真空中磁感应强度的多少倍。

根据相对磁导率的大小，可把物质分为三类：

顺磁物质

相对磁导率稍大于1。如空气、铝、铬、铂等。

反磁物质

相对磁导率稍小于1。如氢、铜等。

铁磁物质

相对磁导率远大于1，其可达几百甚至数万以上，且不是一个常数。如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。4、磁场强度

在真空中，通电线圈磁感应强度的大小与线圈的匝数、线圈长度及电流强度有关式中B0——通电线圈的磁感应强度，T；

μ0——真空的磁导率，H/m；

N——线圈的匝数；

L——线圈的长度，m；

I——线圈中的电流，A。当把圆环线圈从真空中取出，并在其中放入相对磁导率为μr的媒介质，那么磁感应强度将是真空中的μr倍，即：磁感应强度与媒介质的磁导率有关。 该点的磁感应强度B与媒介质磁导率μ的比值即为磁场中某点的磁场强度，用H表示，即：

磁场强度的单位为A/m。 将带入可得

上式说明，在一定电流值下，同一点的磁场强度不因磁场媒介质的不同而改变。

磁场强度也是一个矢量，在均匀媒介质中，它的方向和磁感应强度的方向一致。§2-2电流的磁效应一、电流的磁场

不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。动画磁场的应用：磁悬浮列车1、通电直导体周围的磁场判别的方法：右手螺旋定那么〔安培定那么〕用右手握住通电直导体，让拇指指向电流方向，那么四指环绕的方向就是磁感应线的方向。

2、通电螺线管周围的磁场判别的方法：右手螺旋定那么〔安培定那么〕用右手握住通电线圈，用弯曲的四指指向电流方向，那么拇指所指的方向就是磁场的方向〔N极〕。

二、磁场对通电直导体的作用

通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力，也称安培力。 通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定那么来判断。

动画

把一段通电导线放入磁场中，当电流方向与磁场方向垂直时，电流所受的电磁力最大。

利用磁感应强度的表达式B=F/Il，可得电磁力的计算式为

F=BIl动画：计算电磁力的大小

如果电流方向与磁场方向不垂直，而是有一个夹角α，这时通电导线的有效长度为lsinα。电磁力的计算式变为

F=BIlsinαF=BIlsinα(1)当α=00，sinα=0，F=0，

导体不受电磁力的作用(2)当α=300,sinα=,F=

导体所受力为一半(3)当α=900，sinα=1，F=BIl

导体受电磁力为最大三、磁场对通电线圈的作用 磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的根本原理。

在均匀磁场中放入一个线圈，当给线圈通入电流时，它就会在电磁力的作用下旋转起来。电刷换向器 当线圈平面与磁感线平行时，线圈在N极一侧的局部所受电磁力向下，在S极一侧的局部所受电磁力向上，线圈按顺时针方向转动，这时线圈所产生的转矩最大。当线圈平面与磁感线垂直时，电磁转矩为零，但线圈仍靠惯性继续转动。通过换向器的作用，与电源负极相连的电刷A始终与转到N极一侧的导线相连，电流方向恒为由A流出线圈；与电源正极相连的电刷B始终与转到S极一侧的导线相连，电流方向恒为由B流入线圈。因此，线圈始终能按顺时针方向连续旋转。§2-3电磁感应一、电磁感应现象

电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？

将一直导体放置在磁场中，当其静止时，检流计的指针不发生偏转，但将它迅速地运动时，检流计的指针都会发生偏转，说明直导体中有电流。

电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？

将一条形磁铁放置在线圈中，当其静止时，检流计的指针不偏转，但将它迅速地插入或拔出时，检流计的指针都会发生偏转，说明线圈中有电流。

这种利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流，产生感应电流的电动势称为感应电动势。

二、直导线切割磁感线产生感应电动势 感应电动势的方向可用右手定那么判断。平伸右手，大拇指与其余四指垂直，让磁感线穿入掌心，大拇指指向导体运动方向，那么其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。

当导体、导体运动方向和磁感线方向三者互相垂直时，导体中的感应电动势为：e=Blv 如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角α，那么导体中的感应电动势为e=Blvsinα三、磁通发生变化产生的感应电动势楞次定律 以上实验说明：在线圈回路中产生感应电动势和感应电流的原因是由于磁铁的插入和拔出导致线圈中的磁通发生了变化。 楞次定律指出了磁通的变化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。法拉第电磁感应定律

在上述实验中，如果改变磁铁插入或拔出的速度，就会发现，磁铁运动速度越快，指针偏转角度越大，反之越小。而磁铁插入或拔出的速度，反映的是线圈中磁通变化的速度。即：线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。 用ΔΦ表示时间间隔Δt内一个单匝线圈中的磁通变化量，那么一个单匝线圈产生的感应电动势的大小为

如果线圈有N匝，那么感应电动势的大小为

发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理发电的，实际应用中，将导线做成线圈，使其在磁场中转动，从而得到连续的电流。动画：正弦交流电的产生动画：实际应用的发电机 例题如以下图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一长度为l的直导体AB，可沿平行导电轨道滑动。当导体以速度v向左匀速运动时，试确定导体中感应电动势的方向和大小。解:〔1〕导体向左运动时，导电回路中磁通将增加，根据楞次定律判断，导体中感应电动势的方向是B端为正，A端为负。用右手定那么判断，结果相同。〔2〕设导体在Δt时间内左移距离为d，那么导电回路中磁通的变化量为 ΔΦ=BΔS=Bld=BlvΔt 所以感应电动势 如果导体和磁感线之间有相对运动时，用右手定那么判断感应电流方向较为方便； 如果导线与磁感线之间无相对运动，只是穿过闭合回路的磁通发生了变化，那么用楞次定律来判断感应电流的方向。§2-4自感一、自感现象

合上开关，HL2比HL1亮的慢断开开关，灯泡闪亮一下才熄灭 当线圈中的电流发生变化时，线圈中就会产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。 这种由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。 在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用eL表示，自感电流用iL表示。二、自感系数 自感电流产生的磁通称为自感磁通。 一个线圈中通过单位电流所产生的自感磁通称为自感系数〔简称电感〕，用L表示，即

L的单位是亨利，用H表示。常采用较小的单位有毫亨(mH)和微亨〔μH〕。 线圈的电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，电感就越大。有铁心的线圈，其电感要比空心线圈的电感大得多。 有铁心的线圈，其电感也不是一个常数，称为非线性电感。电感为常数的线圈称为线性电感。空心线圈当其结构一定时，可近似地看成线性电感。§2-5互感一、互感现象和互感电动势

在开关SA闭合或断开瞬间以及改变RP的阻值，检流计的指针都会发生偏转。 我们把由一个线圈中的电流发生变化而在另一