电磁学的基本知识与基本定律

关于电磁学的基本知识与基本定律1.1磁场的基本知识磁通密度或磁感应强度

B

单位：特斯拉（T）

(magneticfluxdensity)

(magneticinduction)

用于表征磁场的强弱和方向。

第2页,共37页，2024年2月25日，星期天

磁通量Φ单位：韦伯（Wb）(magneticflux)穿过某一截面积S的磁力线总数若对于均匀磁场，若B与S垂直，则磁场强度

H

单位：安培/米（A/m）

(magneticfieldstrength)

为了分析磁场与电流的依存关系引入的辅助量

第3页,共37页，2024年2月25日，星期天磁动势MMF单位：安培（A）（magnetomotiveforce）

磁链ψ（fluxlinkage）

磁导率μ单位：亨利/米（H/m）

(permeability)真空的磁导率μ0、相对磁导率μr反应导磁介质导磁性能的物理量第4页,共37页，2024年2月25日，星期天磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质（即磁场强弱和方向）的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的，而磁介质（除超导体以外不存在磁绝缘的概念，故一切物质均为磁介质）在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响（场的迭加原理）。因此，磁场的强弱可以有两种表示方法。B和H的联系与区别:第5页,共37页，2024年2月25日，星期天单独由电流或者运动电荷所引起的磁场（不包括介质磁化而产生的磁场时）则用磁场强度H表示，其单位为A/m，是一个辅助物理量。。在充满均匀磁介质的情况下，若包括介质因磁化而产生的磁场在内时，用磁感应强度B表示，是一个基本物理量。在同样大小的电流作用下，铁芯线圈的磁通比空心线圈的磁通哪个大？为什么？此公式的深刻含义第6页,共37页，2024年2月25日，星期天1.2基本电磁

（electromagnetic）定律电生磁的基本定律——安培环路定律

磁生电的基本定律——法拉第电磁感应定律

电磁力定律磁路的欧姆定律

第7页,共37页，2024年2月25日，星期天1.2.1电生磁的基本定律——安培环路定律

沿着任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的总电流值（代数和）第8页,共37页，2024年2月25日，星期天I2I3lH

计算电流代数和时，与绕行方向符合右手螺旋定则的电流取正号，反之取负号。第9页,共37页，2024年2月25日，星期天若闭合磁力线是由N匝线圈电流产生，而且沿闭合磁力线上H处处相等,则上式变为:第10页,共37页，2024年2月25日，星期天1.2.2磁生电的基本定律—法拉第电磁感应定律当磁通按正弦规律变化时，即:则上式变为:磁通与其感应电势的参考方向第11页,共37页，2024年2月25日，星期天为参考相量，则：

感应电势第12页,共37页，2024年2月25日，星期天

磁通与感应电势的相量图第13页,共37页，2024年2月25日，星期天感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则第14页,共37页，2024年2月25日，星期天通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则1.2.3电磁力定律第15页,共37页，2024年2月25日，星期天磁路：磁通所通过的路径。

是以高导磁性材料构成的使磁通被限制在结构所确定的路径之中的一种结构。

和电流在电路中被导体所限制是极为相似。1.2.4磁路的欧姆定律第16页,共37页，2024年2月25日，星期天铁心导磁率远大于空气磁力线几乎被限定在铁心规定的路径中铁心外部的磁力线很少第17页,共37页，2024年2月25日，星期天

主磁路：主磁通所通过的路径。

漏磁路：漏磁通所通过的路径。

励磁线圈：用以激励磁路中磁通的载流线圈。励磁电流：励磁线圈中的电流。直流:直流磁路，例如:直流电机交流:交流磁路，

例如:变压器第18页,共37页，2024年2月25日，星期天主磁通漏磁通漏磁通漏磁通漏磁通第19页,共37页，2024年2月25日，星期天对于均匀磁路定义为磁路的磁阻（reluctance）第20页,共37页，2024年2月25日，星期天称为磁导（permeance）

由于与电路的欧姆定律相似,故又称为磁路的欧姆定律。磁阻的倒数第21页,共37页，2024年2月25日，星期天根据以及磁路的欧姆定律电感与结构参数以及磁性材料之间的关系式1.2.5线圈电感第22页,共37页，2024年2月25日，星期天

通过任意闭合曲面S的净磁通量必定恒为零。

自然界不存在独立的磁场源。磁场中，磁力线通过任意闭合面后必然会从相反方向再次通过。

磁力线是闭合的！磁路的基尔霍夫第一定律（磁通连续性原理）第23页,共37页，2024年2月25日，星期天

磁路由不同材料或不同长度和截面积的

n段组成，则称为磁路各段的磁压降磁路的基尔霍夫第二定律作用在任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁位降的代数和。第24页,共37页，2024年2月25日，星期天第25页,共37页，2024年2月25日，星期天1.3常用磁性材料及其特性1.3.1铁磁材料的磁化及磁滞回线铁磁材料的磁化（magnetization）第26页,共37页，2024年2月25日，星期天磁性材料的磁滞回线(hysteresisloop)Br剩磁residualmagnetismHc矫顽力coerciveforce第27页,共37页，2024年2月25日，星期天1.3.2磁化曲线与饱和现象

铁磁材料与非铁磁材料的磁化曲线基本磁化曲线normalmagnitizationcurve初始磁化曲线initialmagnitizationcurve第28页,共37页，2024年2月25日，星期天

几种常见磁性物质的磁化曲线a

铸铁b

铸钢c硅钢片O0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0103H/(A/m)H/(A/m)12345678910103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2abac第29页,共37页，2024年2月25日，星期天1.3.3软磁材料与硬磁材料铁磁材料（ferromagneticmaterial）的磁滞回线软磁材料：磁滞回线窄、剩磁、矫顽力都小硬磁材料：磁滞回线宽、剩磁、矫顽力都大第30页,共37页，2024年2月25日，星期天1.3.4铁磁材料中的铁耗hysteresislosseddy-currentlossironloss为什么电机中经常使用的铁磁材料是硅钢片（siliconsteelsheet）？第31页,共37页，2024年2月25日，星期天

铁磁材料的涡流现象磁滞损耗

涡流损耗铁耗注意频率f第32页,共37页，2024年2月25日，星期天例题:

有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为15cm，铁心材料为铸钢。要得到0.9T的磁感应强度，求：（1）所需励磁磁动势。（2）如果磁路中含有一个长度等于0.2cm空气隙，所需励磁磁动势。第33页,共37页，2024年2月25日，星期天

（1）铸钢铁心的磁场强度，查铸钢的磁化曲线，

B=0.9T时，磁场强度H1=770A/m解:磁路的平均总长度为励磁磁动势第34页,共37页，2024年2月25日，星期天（2）空气隙的磁场强度铁心的平均长度

对各段有

总磁通势为第35页,共37页，2024年2月25日