项目四电子教案

1、电工技术基础与技能电工技术基础与技能电子教案电子教案主主 编编 王国玉王国玉中等职业学校教学用书（电子技术专业）中等职业学校教学用书（电子技术专业）项目四 磁场及电磁感应的认知 知识目标知识目标1了解磁场的概念与描述磁场的基本物理量。2掌握磁场对电流的作用力及方向判定。3了解电磁感应现象，掌握感生电流产生的条件及方向的判定。4了解自感及互感现象及其在实际中的应用。5了解电感元件的储能特性，及其在电路中的作用与电路中能量的转换关系。技能目标技能目标1掌握磁场对电流的作用力及方向的判定方法。2掌握感生电流产生条件及方向的判定。3学会互感线圈同名端的判定方法。4能识别与检测常用的电感元件，并能识读出

2、其主要参数。一、磁场的基本特征一、磁场的基本特征 人们把物体能够吸引铁、镍、钴等金属及其合金的性质叫做磁性，把具有磁性的物体叫做磁铁，又称磁体、磁钢，俗称吸铁石，常见的磁铁的形状如图。 在磁铁上磁性最强的部分称为磁极，一个磁铁都有两个磁极，N极与S极，在越靠近磁极的地方，磁性就越强，在远离磁极的地方，磁性就弱。 磁场方向：在磁场中的任一点，小磁针N极受力的方向，即小磁针水平静止时N极所指的方向，就是该点的磁场方向。磁感线是在磁场中一系列假想曲线，曲线上每一点的切线方向都与该点磁场方向相同。磁感线的疏密表示磁场强弱：磁感线密集处，磁场强；磁感线稀疏处，磁场弱。磁感线在磁体外部由N极出来进入S极，

3、在磁体内部由S极指向N极，组成不相交的闭合曲线。如右图是条形磁铁的磁感线。直线电流的磁场直线电流磁场的磁感线是一系列以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上。可以看到，远离导线地方，磁感线稀疏一些，也就是说靠近导线的地方磁场强些，远离导线的地方磁场弱些。安培定则（右手螺旋定则）：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向与电流方向一致，则弯曲的四指所指方向就是磁感线环绕方向。 螺线管的磁场通电螺线管外部，磁感线由N极出来进入S极；在通电螺线管内部磁感线与螺线管轴线平行，方向由S极指向N极，并与外部磁感线连成闭合曲线。 用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指方向与电流的方向一致，则

4、拇指所指方向即为螺线管内部的磁感线方向，即大拇指所指为通电螺线管的N极。 二、磁场的基本物理量二、磁场的基本物理量 1、磁感应强度、磁感应强度通过与磁场方向垂直的某一面积的磁力线总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通。用字母表示。垂直通过单位面积的磁力线数目，叫磁感应强度，又称磁通密度。磁感应强度用字母B表示，单位是T(特斯拉)。在均匀磁场中，磁感应强度 ： SB在磁场中垂直于磁场方向上的通电导体，所受的磁场力F与电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做通电导体所在处的磁感应强度，又称磁通密度，用字母B表示，即：在国际单位制中，F单位为牛顿（N），I的单位为安培（A），L的单位为米（m），B的单

5、位为特斯拉（T），简称特。B是个矢量，是该点的磁场方向。ILFB 磁场对电流的作用力：安培力磁场对电流的作用力称为安培力，其计算公式 ：在上边公式中，要求通电导体与磁场方向相互垂直，若电流I与磁通密B成任一角度时，公式则为：BILF sinBILF 安培力的方向可用左手定则判定：伸出左手，使大拇指与其余四指垂直，并且与手掌在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则大拇指所指方向为通电导体所受安培力的方向。 2、磁导率、磁导率磁场的强弱不仅与电流和导体的形状有关，还与磁场中媒介质的导磁性能有关。磁导率就是一个用来描述媒介质导磁性能的物理量，和不同材料有不同电阻率一样，不同媒介质，有

6、不同的磁导率。磁导率的单位是亨/米（H/m）。r 1的物质叫反磁性物质。r 1的物质叫顺磁性物质。 顺磁性物质与反磁性物质的相对磁导率约等于1，统称为非铁磁性物质。r 1的物质叫铁磁性物质。 3、磁场强度、磁场强度 磁场中某点的磁通密度B与媒介质磁导率的比值叫该点的磁场强度。用H来表示，即：在国际单位制中，B的单位是特斯拉，的单位是亨利/米，则H的单位是安培/米 。磁场强度H也是矢量，在均匀媒介质中，其方向与磁通密度B的方向一致。 0rBBH三、磁铁磁极的认知三、磁铁磁极的认知 磁铁上磁性最强的部分叫磁极。一个磁体无论如何小都有两个磁极，一个磁极叫北极（N），一个磁极叫南极（S）。磁极具有指向

7、南北极的性质。把小磁针自由悬挂，通常把指向南极的磁极叫南极，用S表示；指向北极的磁极叫北极，用N表示。同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引，磁极之间的这种相互作用力叫磁力；任何磁铁都具有两个磁极，无论把磁铁怎么小的分割总保持有两个异性磁极，也就是说，N极和S极总是成对出现的。 磁铁磁极的判断磁铁磁极的判断地球是一个大磁体，其N极在地理南极附近，S极在地理北极附近。利用地地磁场的极性可以判断一个未知磁铁的N、S极，把磁铁用细线悬挂起来，指南的一端为南极（S极），另一端为北极（N极）。也可以用一个已知磁极的磁铁去靠近磁铁的一端，若相互排斥则它们的磁极相同，否则相反。四、电磁感应四、电磁感应 由导体切

8、割磁力线或在闭合线圈中磁通量发生变化而产生电动势的现象，称为电磁感应。由电磁感应产生的电动势称为感应电动势，由感应电动势产生的电流称为感应电流或感生电流。产生电磁感应的条件是：一种情况是导体与磁感线间发生相对切割运动，另一种情况是线圈中的磁通量发生变化。感应电流的方向感应电流的方向闭合电路中的部分导体做切割磁力线运动时产生的感应电流的方向，可以用右手定则来判定：伸开右手，使大拇指与其余四指垂直，并且在同一平面内，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体切割磁感线的方向，则其余四指所指的方向就是感应电流的方向。 楞次定律：感应电流具有这样的方向，它产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 应用

9、楞次定律判定感应电流的方向的具体步骤是：（1）明确原磁场的方向，确定穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少。（2）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向，穿过闭合回路的磁通量增加，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相反；若穿过闭合回路的磁通量减少，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相同。（3）根据安培定则，由感应电流的磁场方向，确定感应电流的方向。电磁感应定律电磁感应定律 电路中感应电动势的大小与穿过该电路的磁通量的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。 线圈有N匝，则可看做有N个单匝线圈串联而成，且每匝线圈内磁通量变化情况相同，所以N匝线圈的感应电动势大小是单匝时的N倍。即： tKetNe导线切割

10、磁感线时所产生的感应电动势的一般公式为：导体运动速度与导体本身垂直，与磁感线成角。 sinBlve 五、电感器五、电感器 用导线绕制而成的线圈就是一个电感器，也称电感元件，用文字符号L表示 ，电路中符号如下：电流通过电感线圈时产生磁场，磁场具有能量，所以电感器与电容器一样，也是一种储能元件。 电感与电感与磁链当电流I通过有N匝的线圈时，在每匝线圈中产生磁通量 ，则该线圈的磁链为: 磁通量和磁链的单位都是韦伯（Wb），磁链是导电线圈匝数与穿过该线圈各匝的平均磁通量的乘积。空心线圈的磁通量L和磁链与电流I成正比，即 NILLILL或线圈的自感磁链 与电流I的比值称为线圈的自感系数，简称电感，用字母

11、L表示。在国际单位制中，磁链 单位是韦伯（Wb），电流I单位是安培（A），则电感L单位是亨利（H）简称亨。电感的单位还有毫亨（mH）和微亨(H)。电感的物理意义是：它在数值上等于单位电流通过线圈时所产生的磁链，即表示线圈产生磁链（磁通）本领的大小，线圈电感L越大，通过相同电流时，产生的磁链也越大。 电感L是线圈的固有特性，其大小只由线圈本身因素决定，即与线圈匝数，几何尺寸、有无铁心及铁心的导磁性质等因素有关，而与线圈中有无电流或电流大小无关。 电感的主要参数电感的主要参数 1、感抗：电感线圈对交流电流呈现出的一种特殊的阻碍作用。电感器的感抗大小由电感量和频率两个因素确定，感抗的计算公式 2、标

12、称电流：又称额定电流，是电感器的一个主要参数，指电感器在正常工作时所允许通过的最大电流。使用中，电感器的实际工作电流必须小于标称电流，否则电感线圈将会严重发热甚至烧毁。3、品质因数：是衡量线圈品质好坏的一个物理量，用字母“Q”表示。值表示线圈的品质，值越高，说明电感线圈的功率损耗越小，效率越高。4、分布电容：是线圈匝与匝之间、线圈与屏蔽罩之间、线圈与底板间存在的电容称为分布电容，它的存在使线圈的品质因数降低，稳定性变差，所以分布电容越小越好。fLXL2六、识别各种各样的电感六、识别各种各样的电感 铁芯电感铁芯电感空心电感空心电感可调电感可调电感贴片电感贴片电感色环电感色环电感工字电感工字电感电

13、感器的标称方法及参数：电感器的标称方法及参数：常用电感器的标称方法有三种： (1)直标法：即将电感量直接印在电感器上，如下图。(2)色标法：即用色环表示电感量，第一、二位表示有效数字，第三位表示倍率，第四位为误差。数字与颜色的对应关系和色环电阻标注法相同，单位为H。如：四道环分别为棕、黑、金、金 表示1H、5%的电感。(3)数码法：标称电感值采用三位数字表示，前两位数字表示电感值的有效数字，第三位数字表示0的个数，单位为H。如：104表示10104H，即0.1H。电感的测量及好坏判断电感的测量及好坏判断 常用的电感，其电感量是很小的，可用万用表简单判断其好坏。电感的问题可能有：断路、短路、电感

14、量减小（很少见的情况，多是由于潮湿引起的）等，可以的用万用表简单判断是否断路或短路，用R1档，迅速测量其阻值，一般应有几欧姆到几十欧姆阻值，可说明无断路或短路的情况。但理想电感器的阻值很小（接近于0）的，若测出电阻为0，并不一定说明内部存在短路。对于一些较大的电感，也可以用小灯泡、小电池和电感器串联成简单的电路，用小磁针靠近电感器，小磁针应有所摆动，就说明电感器是好的。电感器的损坏可能表现为发烫或电感磁环明显损坏。若电感线圈不是严重损坏，而又无法确定时，可用电感表测量其电感量或用替换法来判断。电感测量的两类仪器：RLC测量仪（电阻、电感、电容三种都可以测量）和电感测量仪。电感值的测量又分两种情

15、况：空载测量（理论值）和在实际电路中的测量（实际值）。用RLC测量仪在电感空载情况下的电感量的测量步骤如下：1、熟悉仪器的操作规则（使用说明），及注意事项。2、开启电源，预备1530分钟。3、选中L档，选中测量电感量4、把两个夹子互夹并复位清零5、把两个夹子分别夹住电感的两端，读数值并记录电感量6、重复步骤4和步骤5，记录测量值，测58个数据。7、比较几个测量值：若相差不大（0.2uH以下）则取其平均值，记得电感的理论值；若相差过大（0.3 uH以上）则重复步骤2步骤6，直到取到电感的理论值。电力电感电力电感 在电力系统中所用的电感器又叫电抗器，它实质上是一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需

16、要，布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。由于采用了电抗器，在发生短路时，电抗器上的电压降较大，所以也起到了维持母线电压水平的作用，使母线上的电压波动较小，保证了非故障线路上的用户电气设备运行的稳定性。 电抗器按用途分为七种：限流电抗器。并联电抗器。通信电抗器。消弧电抗器。又称消弧线圈。滤波电抗器。电炉电抗器。起动电抗器。七、自感现象七、自感现象 自感现象自感现象这种由于流过线圈本身的电流发

17、生变化，而引起的电磁感应现象叫自感现象，简称自感。自感电动势的大小与线圈的电感及线圈中外电流变化的快慢(变化率)成正比。 自感对人们来说，既有利又有弊。 tiLeL八、互感现象八、互感现象 互感现象，是指一个线圈中的电流变化而引起与它相近的其它线圈产生感应电动势的现象。 同名端，就是绕在同一铁心上线圈，由于绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端点叫线圈的同名端，在电路图中用“”或“*”表示。 互感电动势的大小正比于穿过本线圈磁通的变化率，或正比于另一线圈中电流的变化率。当两个线圈互相平行且第一个线圈磁通的变化全部影响到第二个线圈时，互感电动势最大；当两个线圈互相垂直时，互感电动势最小。

18、 和自感一样，互感也有利有弊。 九、互感线圈的同名端的判九、互感线圈的同名端的判定定 1、交流电压法：如图4.22所示将两个线圈的任意两端联在一起，其中的一个绕组的两端加一个交流低电压，用交流电压表分别测出端电压U1、U2和U3，若U3是两个绕组的电压之差，即U3=U1-U2则1、3为同名端，当然2、4也为同名端。若U3两端电压为两绕组端电压之和。U3=U1+U2则1、4为同名端，当然2、3也为同名端。 2、直流电压法：干电池一节，万用表一块，接成如图4.23所示电路。将万用表打在直流电压档位（如5V）以下，或直流电流档，如5mA，当开关闭合的瞬间，如果万用表的指针正向偏转，或开关断开的瞬间反向偏转，红表笔接的3头和电池正极接的头1为同名端，反向摆时黑表笔接的头4和电池正极接的头1是同名端。当然，在这个测量电路里，也可以不接开关K，也就是第一个线圈直接与电池接通，而后用两表笔去碰触3、4两端头，其同名端的判定与上述结果一样。 十、涡流及磁屏蔽 涡流是电磁感应作用在导体内部感生的电流。如图4.24所示这样的感应电流，看起来就象水中的旋涡，所以我们把它叫做涡电流，又称为傅科电流。 导体在