电工专业磁场

电工专业磁场第1页，共50页，2023年，2月20日，星期二磁场与电磁感应磁场电磁感应磁场的主要物理量磁场对电流的作用

磁第2页，共50页，2023年，2月20日，星期二磁第3页，共50页，2023年，2月20日，星期二磁体及其性质

磁：磁是物质运动的一种基本形式，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。磁第4页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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。磁第5页，共50页，2023年，2月20日，星期二

磁体两端磁性最强的部分称磁极。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）。

磁第6页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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。

磁第7页，共50页，2023年，2月20日，星期二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：

磁同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引第8页，共50页，2023年，2月20日，星期二磁场第9页，共50页，2023年，2月20日，星期二一、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。磁场第10页，共50页，2023年，2月20日，星期二第11页，共50页，2023年，2月20日，星期二1、地球是一个巨大的磁体2、地球周围空间存在的磁场叫地磁场3、地磁的北极在地理的南极附近，地磁的南极在地理的北极附近第12页，共50页，2023年，2月20日，星期二无处不在的磁1.我们的祖先发明指南针，对世界文明产生重大影响。2.现代人好比被“磁海”包围。3.生物磁性的研究为人类开辟了崭新的视野。…………磁场第13页，共50页，2023年，2月20日，星期二2．磁感线 磁场的分布常用磁感线来描述。磁场第14页，共50页，2023年，2月20日，星期二实验模拟磁感线磁场第15页，共50页，2023年，2月20日，星期二二、铁磁物质的磁化

使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。

只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。这是因为铁磁物质可以看作是由许多被称为磁畴的小磁体所组成。磁场第16页，共50页，2023年，2月20日，星期二

在无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性互相抵消，对外不显磁性；但在外磁场作用下，磁畴就会沿着外磁场方向变成整齐有序的排列，所以整体也就具有了磁性。磁场第17页，共50页，2023年，2月20日，星期二三.磁性材料1.磁性材料——磁化后磁性很强的物质叫磁性材料，又称为铁磁性物质2.磁性材料的分类

①软磁性物质：磁化后容易去磁的物质称软磁性物质。

软磁性物质剩磁较小。

②硬磁性物质：磁化后不易去磁的物质称硬磁性物质。

硬磁性物质剩磁较大。磁场第18页，共50页，2023年，2月20日，星期二3.磁性材料的应用软磁性材料的剩磁弱，容易去磁，适用于需要反复磁化的场合。硬磁性材料的剩磁强，不易去磁，适用于制成永磁体。【问题】以下物品，应用哪种材料制成？磁场第19页，共50页，2023年，2月20日，星期二四、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。磁场第20页，共50页，2023年，2月20日，星期二磁场的主要物理量第21页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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。一、磁感应强度磁场的主要物理量第22页，共50页，2023年，2月20日，星期二 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。磁场的主要物理量第23页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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。

B是描述磁场强弱和磁场方向的物理量磁场的主要物理量第24页，共50页，2023年，2月20日，星期二二、磁通

匀强磁场中，穿过与磁感线垂直的某一截面的磁感线的条数，叫穿过这个面的磁通。用φ表示磁通，则有

φ=BS

磁通的单位是韦伯，简称韦，用Wb表示。磁场的主要物理量第25页，共50页，2023年，2月20日，星期二

如果磁场不与所讨论的平面垂直，则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。磁场的主要物理量第26页，共50页，2023年，2月20日，星期二 当面积一定时，如果通过该面积的磁感线越多，则磁通越大，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。磁场的主要物理量第27页，共50页，2023年，2月20日，星期二三、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。磁场的主要物理量第28页，共50页，2023年，2月20日，星期二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。它表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。磁场的主要物理量第29页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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。磁场的主要物理量第30页，共50页，2023年，2月20日，星期二 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

磁场的主要物理量四、磁场强度第31页，共50页，2023年，2月20日，星期二磁场对电流的作用第32页，共50页，2023年，2月20日，星期二一、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则来判断。

磁场对电流的作用第33页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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磁场对电流的作用第34页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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=BIlsinα磁场对电流的作用第35页，共50页，2023年，2月20日，星期二二、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基本原理。

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。电刷换向器磁场对电流的作用第36页，共50页，2023年，2月20日，星期二

当线圈平面与磁感线平行时，线圈在N极一侧的部分所受电磁力向下，在S极一侧的部分所受电磁力向上，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。磁场对电流的作用第37页，共50页，2023年，2月20日，星期二环行电流的磁场通电螺线管的磁场通电直导线的磁场电流产生的磁感线用安培右手螺旋定则第38页，共50页，2023年，2月20日，星期二电磁感应第39页，共50页，2023年，2月20日，星期二一、电磁感应现象

电流能产生磁场，那么磁场能否产生电流呢？电磁感应第40页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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。

电磁感应第41页，共50页，2023年，2月20日，星期二二、楞次定律

以上实验表明：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。电磁感应第42页，共50页，2023年，2月20日，星期二三、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。电磁感应第43页，共50页，2023年，2月20日，星期二四、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则判断。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，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。

电磁感应第44页，共50页，2023年，2月20日，星期二

如果导体和磁感线之间有相对运动时，用右手定则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，则用楞次定律来判断感应电流的方向。电磁感应第45页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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，则导体中的感应电动势为e=Blvsinα电磁感应第46页，共50页，2023年，2月20日，星期二

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。电磁感应NS交流发电机的基本结构磁体电枢第47页，共50页，2023年，2月20日，星期二矩形线圈在匀强