电工技术基础与技能 课件 单元3 磁场与电磁感应

电工技术基础与技能单元3磁场与电磁感应1、了解磁场的概念、性质及其方向单元学习目标3、会使用右手螺旋定则判断通电导线周围的磁场4、了解磁感应强度和磁导率的知识2、了解磁感应线的画法及其特点3.1磁和磁场基本知识1.掌握磁感应线的画法2.会使用右手螺旋定则重点1.右手螺旋定则的判断过程2.磁感应强度的计算难点3.1磁和磁场基本知识

1．磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质称为磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

2．磁场的性质：磁场具有力的性质和能量性质。

3．磁场方向：在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，它N极所指的方向即为该点的磁场方向。一、磁场3.1磁和磁场基本知识二、磁感应线

1．磁感应线在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感应线。如下图

所示。

磁感线

3.1磁和磁场基本知识

2．磁感应线的特点

(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。

说明：磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线，实际上并不存在。

如右图所示为条形磁铁的磁感线。条形磁铁的磁感线3.1磁和磁场基本知识直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

1．电流的磁场

三、电流的磁场3.1磁和磁场基本知识环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。甲3.1磁和磁场基本知识螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。

2．电流的磁效应

电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。电流的磁效应揭示了磁现象的电本质。3.1磁和磁场基本知识四、磁感应强度磁场中垂直于磁场方向的通电直导线所受的磁场力F与电流I和导线长度l的乘积Il的比值称为通电直导线所在处的磁感应强度B，即3.1磁和磁场基本知识磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度是一个矢量，它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，磁感应强度的单位是：T(特斯拉)。用磁感线可形象地描述磁感应强度B的大小，B较大的地方，磁场较强，磁感线较密，B较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀，磁感线的切线方向即为该点磁感应强度B的方向。匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。3.1磁和磁场基本知识五、磁通在磁感应强度为B的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为S的平面，则B与S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量

，简称磁通。即

即磁感应强度B可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度B也常称为磁通密度，并用Wb/m2作单位。磁通的国际单位制单位是Wb(韦伯)。由磁通的定义式可得

=BS3.1磁和磁场基本知识

1．匀强磁场在磁场中某一区域，若磁场的大小、方向都相同，这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线。3.1磁和磁场基本知识

2．匀强磁场图示图3.1.173.1磁和磁场基本知识六、磁场强度与磁导率在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度B与磁导率

之比称为该点的磁场强度，记做H。即磁场强度H也是矢量，其方向与磁感应强度B同向，国际单位制单位是A/m(安培/米)。必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流I的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。

1．磁场强度3.1磁和磁场基本知识

2．磁导率

磁场中各点的磁感应强度B的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内媒介质(又称为磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时，磁场的磁感应强度B将发生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。物质导磁性能的强弱用磁导率

来表示。

的单位是H/m(亨/米)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，

值越大，磁感应强度B

越大，磁场越强；

值越小，磁感应强度B越小，磁场越弱。真空中的磁导率是一个常数，用

0表示

0=4

10

7H/m3.1磁和磁场基本知识

3．相对磁导率

r为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率

0为基准，将其他物质的磁导率

与

0

比较，其比值称为相对磁导率，用

r

表示，即3.1磁和磁场基本知识根据相对磁导率

r

的大小，可将物质分为三类：

(1)

顺磁性物质：

r略大于1，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度B略有增加。

(2)

反磁性物质：

r

略小于1，如氢、铜、石墨、银、锌等物质都是反磁性物质，又称为做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质，磁感应强度B略有减小。

(3)

铁磁性物质：

r>>1，且不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度B增加几千甚至几万倍。3.1磁和磁场基本知识作业课本57页谢谢!电工技术基础与技能单元3磁场与电磁感应1、掌握左手定则单元学习目标2、了解磁场对电流的作用在生活中的应用3.2磁场对电流的作用1.左手定则2.安培力的计算重点1.安培力的计算及其方向的判断方法难点3.2磁场对电流的作用一、安培力与安培定律

1.安培力的大小磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为安培力。

(1)

当电流I的方向与磁感应强度B垂直时，导线受安培力最大，根据磁感应强度可得

(2)当电流I的方向与磁感应强度B平行时，导线不受安培力作用。

3.2磁场对电流的作用

(3)

如右图所示，当电流I的方向与磁感应强度B之间有一定夹角时，可将B分解为两个互相垂直的分量：一个与电流I平行的分量，B1=Bcos

；另一个与电流I垂直的分量，B2=Bsin

。B1对电流没有力的作用，磁场对电流的作用力是由B2产生的。因此，磁场对直线电流的作用力当

=90

时，安培力F最大；当

=0

时，安培力F=0。

磁场对直线电流的作用力3.2磁场对电流的作用

2．单位公式中各物理量的单位均采用用国际单位制：安培力F的单位用N(牛)；电流I的单位用A(安)；长度l的单位用m(米)；磁感应强度B的单位用T(特)。

3．左手定则安培力F的方向可用左手定则判断：伸出左手，使拇指与其他四指垂直，并都与手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指的方向即为通电直导线在磁场中所受安培力的方向。由左手定则可知：F⊥B，F⊥I，即F垂直于B、I所决定的平面。3.2磁场对电流的作用二、磁场对通电线圈的作用力矩将一矩形线圈abcd

放在匀强磁场中，如下图所示磁场对通电矩形线圈的作用力矩线圈的顶边ad和底边bc

所受的磁场力Fad、Fbc

大小相等，方向相反，在一条直线上，彼此平衡；而作用在线圈两个侧边ab

和cd

上的磁场力Fab、Fcd

虽然大小相等，方向相反，但不在一条直线上，产生了力矩，称为磁力矩。3.2磁场对电流的作用当线圈平面与磁感线平行时，力臂最大，线圈受磁力矩最大；当线圈平面与磁感线垂直时，力臂为零，线圈受磁力矩也为零。电流表就是根据上述原理工作的。这个力矩使线圈绕OO

转动，转动过程中，随着线圈平面与磁感线之间夹角的改变，力臂在改变，磁力矩也在改变。3.2磁场对电流的作用三、电流表工作原理

1．结构

电流表的结构如右图所示。

在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁心，铁心外套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个螺旋弹簧流入线圈的。电流表的结构3.2磁场对电流的作用

2．工作原理如下图所示，蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布，这样，不论通电线圈转到什么方向，它的平面都与磁感线平行。因此，线圈受到的偏转磁力矩M1就不随偏转角度而改变。通电线圈所受的的磁力矩M1的大小与电流I成正比，即

M1=k1I式中k1为比例系数。磁电式电表的磁场

3.2磁场对电流的作用线圈偏转使螺旋弹簧扭紧或扭松，于是螺旋弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩M2，线圈偏转的角度越大，螺旋弹簧的力矩也越大，M2与偏转角

成正比，即

M2

=

k2

(式中k2

为比例系数)当M1、M2

平衡时，线圈就停在某一偏转角度上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏转角度，指到刻度盘的某一刻度。比较上述两个力矩，因为M1=M2，所以k1I=k2

，即即测量时偏转角度

与所测量的电流成正比。这就是电流表的工作原理。这种利用永久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的仪表称为磁电式仪表。3.2磁场对电流的作用磁电式仪表的特点

(1)

刻度均匀，灵敏度高，准确度高。

(2)

负载能力差，价格较昂贵。

(3)给电流表串联一个阻值很大的分压电阻，就可改装成量程较大的电压表；并联一个阻值很小的分流电阻，就可改装成量程较大的电流表；电阻表也是由电流表改装的。3.2磁场对电流的作用作业课本65页谢谢!电工技术基础与技能单元3磁场与电磁感应1、了解磁化现象及常见的磁性材料单元学习目标2、理解磁化在生活中的应用3.3磁化与磁性材料1.磁化与磁性材料的基本知识重点1.磁化曲线难点3.3磁化与磁性材料一、磁化与退磁1．磁化和退磁一些物体，与磁铁接触后就会显示出磁性，这种现象叫做_______．原来有磁性的物体，失去磁性的现象叫做________．自学：3.3磁化与磁性材料2．磁性材料(1)铁、钴、镍以及它们的合金，还有一些氧化物，磁化后的磁性比其他物质强得多，这些物质叫做__________

，也叫___________。(2)有些铁磁性材料磁化后撤去外磁场，仍具有很强的剩磁，这种材料叫做

．有的铁磁性材料磁化后撤去外磁场，物体没有明显的剩磁，这样的材料叫做

3.3磁化与磁性材料想一想电磁铁是用硬磁性材料还是软磁性材料制成的，为什么？

提示：

软磁性材料．硬磁性材料当外界撤去磁场时，仍有很强的磁性，而电磁铁需要通电时有磁性，断电时没有磁性，所以要用软磁性材料制成．3.3磁化与磁性材料二、磁性材料的发展铁氧体是一种新型的磁性材料，其主要成分是_________.铁氧体又称___________，其用途十分广泛．三、磁记录磁记录是信息存储技术发展中的一个里程碑,也是目前信息记录的重要方式之一．3.3磁化与磁性材料例如：地球磁场留下的记录地磁场会对含有磁性材料的岩石起作用，这此岩石的极性和磁化的强度，随形成的年代呈__________变化．1．磁记录：磁能记录声音、动作、文字等,而且还可以用记忆棒、光盘等载体传递信息.2．原理：通过把声音、图像或其他信息转变为变化的磁场，使磁带、磁卡磁条上的磁粉层磁化，于是就在磁带或磁卡上记录下与声音、图像或其他信息相应的磁信号．问题：磁性材料为什么能记录信息？地球的磁场留下了什么记录？3.3磁化与磁性材料3．地球磁场留下的记录(1)岩石中记录了岩石形成时地球磁场的信息.(2)地球磁场的强度和方向随时间的推移在不断改变．(3)大约每过100万年左右，地磁场的南北极就会完全颠倒一次．特别提醒：

磁性材料在外界磁场作用下，能够被磁化，这就使我们可以利用磁性材料记录外界磁场的信息，同时其他磁场也能磁化并改变已经记录的信息，因此有时要利用磁化，有时又要防止磁化．谢谢!电工技术基础与技能单元3磁场与电磁感应1、理解电磁感应现象单元学习目标2、掌握产生电磁感应的条件及感应电流方向的判断3.4电磁感应1.掌握楞次定律2.掌握右手定则重点1.楞次定律及右手定则在电路中的判断和应用难点3.4电磁感应在发现了电流的磁效应后，人们自然想到：既然电能够产生磁，磁能否产生电呢？由实验可知，当闭合回路中一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，回路中就有电流产生。一、电磁感应现象当穿过闭合线圈的磁通发生变化时，线圈中有电流产生。在一定条件下，由磁产生电的现象，称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。3.4电磁感应课本上的几个实验，其实质上是通过不同的方法改变了穿过闭合回路的磁通。因此，产生电磁感应的条件是：当穿过闭合回路的磁通发生变化时，回路中就有感应电流产生。磁感应条件3.4电磁感应当闭合回路中一部分导体作切割磁感线运动时，所产生的感应电流方向可用右手定则来判断。伸开右手，使拇指与四指垂直，并都跟手掌在一个平面内，让磁感线穿入手心，拇指指向导体运动方向，四指所指即为感应电流的方向。二、楞次定律与右手定则3.4电磁感应

当磁铁插入线圈时，原磁通在增加，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的增加；

当磁铁拔出线圈时，原磁通在减少，线圈所产生的感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相同，即感应电流的磁场总是阻碍原磁通的减少。因此，得出结论：当将磁铁插入或拔出线圈时，线圈中感应电流所产生的磁场，总是阻碍原磁通的变化。这就是楞次定律的内容。根据楞次定律判断出感应电流磁场方向，然后根据安培定则，即可判断出线圈中的感应电流方向。

1．楞次定律3.4电磁感应

2．判断步骤

由于线圈中所产生的感应电流磁场总是阻碍原磁通的变化，即阻碍磁铁与线圈的相对运动，因此，要想保持它们的相对运动，必须有外力来克服阻力做功，并通过做功将其他形式的能转化为电能，即线圈中的电流不是凭空产生的。

感应电流方向

3．楞次定律符合能量守恒定律3.4电磁感应右手定则和楞次定律都可用来判断感应电流的方向，两种方法本质是相同的，所得的结果也是一致的。右手定则适用于判断导体切割磁感线的情况，而楞次定律是判断感应电流方向的普遍规律。右手定则与楞次定律的一致性3.4电磁感应注意：对电源来说，电流流出的一端为电源的正极。在电源内部，电流从电源负极流向电源正极，电动势的方向也是由负极指向正极，因此感应电动势的方向与感应电流的方向一致，仍可用右手定则和楞次定律来判断。三、法拉第电磁感应定律

1．感应电动势电磁感应现象中，闭合回路中产生了感应电流，说明回路中有电动势存在。在电磁感应现象中产生的电动势称为感应电动势。产生感应电动势的那部分导体，就相当于电源，如在磁场中切割磁感线的导体和磁通发生变化的线圈等。

2．感应电动势的方向3.4电磁感应感应电动势是电源本身的特性，即只要穿过电路的磁通发生变化，电路中就有感应电动势产生，与电路是否闭合无关。若电路是闭合的，则电路中有感应电流，若电路是断开的，则电路中就没有感应电流，只有感应电动势。

3．感应电动势与电路是否闭合无关3.4电磁感应

1．电磁感应定律对于N匝线圈，有式中N

表示线圈匝数与磁通的乘积，称为磁链，用

表示。即

于是四、电磁感应定律

=N

大量的实验表明：单匝线圈中产生的感应电动势的大小，与穿过线圈的磁通变化率

/

t成正比，即3.4电磁感应上式适用于的情况。如下图所示，设速度v

和磁场B之间有一夹角

。将速度v

分解为两个互相垂直的分量v

1、v

2，v

1=v

cos

与B平行，不切割磁感线；v

2=v

sin

与B垂直，切割磁感线。B与v

不垂直时的感应电动势3.4电磁感应例题：如图所示，abcd

是一个矩形线圈，它处于磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面和磁场垂直，ab

边可以在线圈平面上自由滑动。设ab

长为l，匀速滑动的速度为v，在

t时间内，由位置ab

滑动到a

b

，利用电磁感应定律，ab

中产生的感应电动势大小导线切割磁感线产生的感应电动势3.4电磁感应上式表明，在磁场中，运动导线产生的感应电动势的大小与磁感应强度B、导线长度l、导线运动速度v

以及导线运动方向与磁感线方向之间夹角的正弦sin

成正比。用右手定则可判断ab

上感应电流的方向。若电路闭合，且电阻为R，则电路中的电流因此，导线中产生的感应电动势

E

Blv2

Blv

sin

3.2磁场对电流的作用电磁感应定律使用说明

1．利用公式计算感应电动势时，若v

为平均速度，则计算结果为平均感应电动势；若v

为瞬时速度，则计算结果为瞬时感应电动势。

2．利用公式计算出的结果为

t时间内感应电动势的平均值。3.2磁场对电流的作用在下图中，设匀强磁场的磁感应强度B为0.1T，切割磁感线的导线长度l为40cm，向右运动的速度v为5m/s，整个线框的电阻R为0.5

，求：

(1)感应电动势的大小；

(2)感应电流的大小和方向；

(3)使导线向右匀速运动所需的外力;

(4)外力做功的功率；

(5)感应电流的功率。导线切割磁感线产生的感应电动势练一练3.2磁场对电流的作用解:(1)线圈中的感应电动势

(2)线圈中的感应电流由右手定则可判断出感应电流方向为abcd

。

(3)由于ab

中产生了感应电流，电流在磁场中将受到安培力的作用。用左手定则可判断出ab

所受安培力方向向左，与速度方向相反，因此，若要保证ab

以速度v

匀速向右运动，必须施加一个与安培力大小相等方向相反的外力。所以，外力大小外力方向向右。3.2磁场对电流的作用(4)外力做功的功率(5)感应电流的功率可以看到，P=P

，这正是能量守恒定律所要求的。3.2磁场对电流的作用作业课本75、76页谢谢!电工技术基础与技能单元3磁场与电磁感应1、理解自感及自感系数的概念单元学习目标2、了解自感现象在实际中的应用3、了解互感的概念3.5自感与互感1.自感的概念2.自感系数的计算重点1.自感现象及有关计算难点3.5自感与互感当线圈中的电流变化时，线圈本身就产生了感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中电流的变化。这种由于线圈本身电流发生变化而产生电磁感应的现象称为自感现象，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。一、自感现象3.5自感与互感考虑自感电动势与线圈中电流变化的定量关系。当电流流过回路时，回路中产生磁通，称为自感磁通，用

L表示。当线圈匝数为N时，线圈的自感磁链

同一电流流过不同的线圈，产生的磁链不同，为表示各个线圈产生自感磁链的能力，将线圈的自感磁链与电流的比值称为线圈的自感系数，简称电感，用L表示即L是一个线圈通过单位电流时所产生的磁链。电感的单位是H(亨)以及mH(毫亨