电磁场及电磁感应项目电工技术基础课件

1..4.1电磁场及电磁感应

项目1：电工技术基础任务1.磁场与磁路任务2.磁场对电流的作用任务3.电磁感应学习任务刘万辉副教授任务1.磁场与磁路1.磁铁定义：具有磁性的物体。性质：（1）磁铁的两端磁性最强，为磁极。指向南端的磁极叫南极（S）；指向北端的磁极叫北极（N）；（2）同性磁极互相排斥，异性磁极相互吸引。磁极之间的这种相互作用力，叫磁力；（3）磁铁的N、S两极相互依存，不能单独存在；一、磁铁与磁场一、磁铁与磁场2.磁场定义：磁力作用的空间，具有力和能的性质。特性：磁场还具有强弱和方向，而且不同位置上的强弱和方向也是不同的。磁力线：带有方向的闭合曲线。外部由N→S,内部S→N。磁场强弱：磁力线的疏密。磁场方向：磁力线在某点切线方向。1.通电直导体的磁场通电直导体的磁场是以导体为中心的同心圆，分布在垂直于导体的平面上，且越靠近导体的地方数量越多。二、电流的磁场磁场方向：与电流的方向满足安培定则（右手螺旋），用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。2.通电环形体的磁场右手弯曲的四指与环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向。二、电流的磁场3.通电螺线管的磁场通电螺线管的磁场就是环形体磁场的叠加，所以判定环形电流的安培定则也可以判定螺线管的磁场，拇指所指的方向是螺线管内部的磁场方向。二、电流的磁场通电螺线管磁场的强弱与电流、匝数成正比1.定义：磁通通过的闭合路径。几种常用磁路如图示。三、磁路2.组成：简单磁路—由铁心单独组成；较复杂磁路—由铁心及空气隙两部分组成3.磁路的欧姆定律：在磁路中，磁通Φ与产生磁通的磁通势F（磁源）成正比，与磁路的磁阻Rm成反比，这就是磁路欧姆定律，即三、磁路注意：由于μ不是常数，它随励磁电流而变，所以不能直接应用于磁路的计算，它只能用于定性分析式中：磁通势F=NI，用于产生磁通；

磁阻Rm=l/μS，表示磁路对磁通的阻碍作用；

l为磁路的平均长度；S为磁路的截面积。刘万辉副教授任务2.磁场对电流的作用左手定则：伸平左手，使拇指与四指垂直，让磁力线垂直穿过掌心，若四指指向为电流方向，则拇指的指向就是受力方向。一、磁场对通电导体的作用1.磁场对通电直导体的作用：电磁力：通电直导体在磁场中所受的力。电磁力定律：式中B—磁场的磁感应强度

I—线圈通入的电流

S—线圈的面积，矩形线圈

S=ab×adα—线圈平面与磁场的夹角一、磁场对通电导体的作用2.磁场对通电线圈的作用：通电线圈在磁场中会受到转矩的作用，称为电磁转矩。单匝线圈：N匝线圈：通电线圈在磁场中，磁场总要使线圈平面转到与磁力线相垂直的位置。电磁转矩T的方向根据力偶确定。一、磁场对通电导体的作用N匝线圈：线圈受到的转矩大小与线圈在磁场中的位置相关。线圈平面平行磁力线时，线圈平面垂直磁力线时因α=0°，cosα=1，故转矩最大T=NBIS因α=90°，cosα=0，故转矩最小T=0二、磁场对通电半导体的作用霍尔效应：在磁极磁场中放入一个长方形的半导体薄片，使磁力线垂直于半导体表面，当在半导体的一个侧面上通入电流时，实验发现在另一个侧面上将出现一定的电压。霍尔效应产生的电压叫霍尔电压UH。

RH为霍尔系数d为半导体厚度刘万辉副教授任务3.电磁感应一、直导体的感应电动势感应电动势的大小：式中B—磁感应强度

v—切割速度

L—有效长度

α—运动方向与磁场方向的夹角感应电动势方向：用右手定则确定二、线圈的感应电动势法拉第定律：线圈产生的感应电动势的大小与穿过线圈的磁通量的变化率成正比。设线圈有N匝，磁通的变化率为dΦ/dt，则

楞次定律：在线圈回路中，感应电流的方向总是使其产生的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。用楞次定律判断感应电流（电动势）方向的步骤（1）确定线圈中磁通量的变化趋势（增加或减小）；（2）由楞次定律确定感应电流的磁场方向；（3）根据感应磁场方向，用右手螺旋定则确定感应电流方向；（4）根据一致原则由感应电流方向，定出感应电动势方向。二、线圈的感应电动势三、自感现象1、定义：由通入线圈的电流发生变化而产生感应电动势的现象就称为自感现象，由自感产生的感应电动势称为自感电动势，用符号eL表示。电感是表示线圈中单位电流产生的自感磁链的物理量线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近的介质的磁导率等有关自感电动势与电流的变化率（变化快慢）成正比。变化率越大，线圈的自感电动势越大，相反，越小。在直流电路中，电流变化率为零，自感电动势也为零，因此，线圈在直流电路中为短路状态。注意：自感电动势具有阻碍电流变化的性质三、自感现象2、应用：有利方面：滤波原理：当脉动电流中的交流成分通过铁心线圈时，线圈会产生自感电动势，这个自感电动势对交流成分起阻碍作用，使交流成分受到很大的衰减；而直流成分通过线圈时不产生自感电动势，因此直流成分会不受阻碍地通过线圈送到输出端。三、自感现象2、应用：不利方面：在含有大电感的电器设备接通或断开的瞬间会出现过电压、过电流，使电器设备受到危害。三、自感现象在电流通路中，触点起接通或断开电路的作用。当凸轮转动时，触点依次接通和断开，使通过一次线圈的电流急剧变化，将产生一个很高的自感电动势，其方向与蓄电池的电动势方向相同。两个电压叠加作用到触点上，在触点之间产生火花，使触点烧坏。为了保护触点，通常在触点两端并联一个电容器C，以吸收贮藏在线圈中的磁场能，达到保护触点的目的。四、互感现象1、定义：把由于一个线圈的电流变化而引起另一个线圈产生感应电动势的现象就称为互感现象，由互感产生的感应电动势称为互感电动势，用eM表示。互感电动势与施感电流的变化率（变化快慢）成正比四、互感现象2、应用：有利方面：点火的过程如下：在触点断开瞬间，由于一次线圈的电流发生变化，会在二次线圈中产生高达10kV以上的互感电压。高电压加在火花塞电极两端，将引起火花塞极间跳火，从而点燃汽缸中的可燃混和气，使发动机工作。四、互感现象2、应用：不利方面：互感现象带来危害在电子设备中，若线圈之间的位置安