劳动第四《电工基础》第四章

§4-1

磁场第四章磁场与电磁感应§4-1磁场§4-2磁场的主要物理量§4-3磁场对电流的作用§4-4铁磁物质§4-5电磁感应§4-6自感§4-7互感§4-8磁路欧姆定律一、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。

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）。

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。

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：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。二、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。动画2．磁感线 磁场的分布常用磁感线来描述。视频三、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。动画磁场的应用：磁悬浮列车§4右-2磁场迈的主锣要物邀理量导线币方向萍与磁畜场方印向保姥持垂项直，置经导达线通遇电，纠可以曾看到拍导线澡因受甘力而差发生蹄运动敏。一、魔磁感征应强脑度先保乌持导责线通呼电部疏分的谎长度叼不变握，改档变电咽流的膜大小崭，然考后保糕持电勇流不残变，包改变盆导线不通电莲部分奥的长微度。比较怖两次么实验赌结果屈发现狸，通雪电导交线长维度一直定时既，电迫流越连大，渔导线获所受遣电磁岩力越林大；博电流外一定要时，赞通电刚导线序越长蚊，电最磁力李也越弱大。在磁甘场中，垂沾直于永磁场笔方向练的通魔电导抚线，贿所受剃电磁隐力F与电貌流I和导润线长观度l的乘毅积IL的比顿值称单为该龄处的磁感静应强回度，用B表示晕，即磁感合应强判度的景单位浸是特夏斯拉剑，简谣称特政，用贸符号T表示锡。磁感店应强吊度是泄个矢量，它弯的方顶向就币是该绒点的便磁场静的方蒜向。磁感虎线的代疏密楚程度辅可以际大致冰反映磁磁感想应强煎度的蕉大小拴。在训同一血个磁束场的协磁感梅线分罚布图沈上，天磁感搬线越臂密的戏地方驳，磁限感应馋强度愚越大觉，磁迈场越识强。二、世磁通设在晋磁感哲应强蒙度为B的均渗匀磁砖场中由，有棋一个落与磁庙场方根向垂非直的妙平面丈，面诉积为S，我们靠把B与S的乘庄积，舌定义悼为穿士过这敏个面楚积的磁通塔量，简芳称磁通。用φ表示饼磁通难，则屑有φ=BS磁通商的单哗位是鲁韦伯况，简咏称韦，惭用Wb表示岩。如果医磁场煮不与父所讨宁论的攻平面朴垂直撕，则唉应以仍这个询平面氧在垂卫直于悠磁场B的方拣向的讲投影剧面积S’与B的乘倦积来表表示袄磁通骂。当面撞积一昌定时腥，如奇果通浑过该触面积距的磁丽感线观越多犹，则锐磁通翼越大持，磁盘感越情强。从φ=BS，可得这表途示磁副感应电强度稍等于倡穿过敌单位穗面积痛的磁光通，街所以磁感臭应强皮度又锤称磁通弯密度，并蝇且用Wb染/m2作单行位。三、相磁导航率不同诞的媒唉介质生对磁辣场的甜影响晚不同冶，影酬响的材程度靠与媒虎介质渡的导姑磁性型能有段关。磁导戒率是一阴个用四来表份示媒漏介质棍导磁少性能股的物炭理量略，用μ表示链，其朴单位既为H/敏m。由实朽验测裁得真陕空中配的磁纽奉导率μ0=4为π×祖10-7H/问m，为一痛常数赌。自然冬界大勺多数雄物质起对磁以场的伐影响要甚微积，只朱有少逼数物艳质对尺磁场野有明例显的黄影响经。任一昼物质难的磁也导率垂与真嘱空的晌磁导诸率的唐比值碰称作灰相对姨磁导振率，主用μr表示旅，即伸：相对测磁导五率只烫是一慢个比靠值。跃它表挎明在树其他坝条件侧相同原的情圈况下需，媒踢介质哗中的耻磁感偿应强势度是任真空教中磁徐感应塘强度向的多未少倍毙。根据趴相对强磁导龄率的樱大小似，可涛把物箩质分简为三砌类：顺磁省物质相对河磁导拆率稍未大于1。如芬空气适、铝乡丰、铬两、铂确等。反磁滨物质相对文磁导翅率稍同小于1。如津氢、炒铜等至。铁磁娇物质相对衬磁导气率远桥大于1，其霞可达域几百蜻甚至烂数万钩以上斗，且塘不是蚕一个因常数嫌。如例铁、炼钴、傻镍、妥硅钢支、坡祸莫合姓金、李铁氧营体等桐。四、绳磁场蚊强度在真岂空中洋，通迅电线以圈磁岭感应妥强度摄的大英小与炕线圈样的匝员数、夸线圈弦长度港及电秩流强杠度有张关式中B0——通电承线圈冬的磁车感应丝式强度淡，T；μ0——真空岂的磁未导率墓，H/走m；N——线圈思的匝丘数；L——线圈翅的长芳度，m；I——线圈磁中的雨电流威，A。当把筒圆环拆线圈苍从真氧空中快取出努，并捎在其遗中放爬入相狂对磁郊导率叮为μr的媒虽介质弃，则微磁感么应强竭度将臂是真穗空中洒的μr倍，斑即：磁感着应强惨度与易媒介渔质的根磁导警率有接关。该点剖的磁秤感应佛强度B与媒岂介质从磁导转率μ的比刺值即毛为磁犁场中匠某点势的磁场争强度，用H表示赶，即忙：磁场改强度至的单愚位为A/咬m。将霉带入箩可得上式询表明距，在娇一定浇电流星值下球，同专一点尚的磁暖场强吩度不猪因磁燃场媒芳介质皱的不眯同而要改变轧。磁场点强度短也是对一个幕矢量向，在创均匀幕媒介勤质中逆，它蛇的方长向和担磁感尊应强茎度的彼方向唇一致技。§4参-3磁场辞对电惩流的勾作用一、点磁场吗对通山电直辞导体游的作责用通常足把通狼电导订体在等磁场蕉中受沈到的变力称道为电磁蚁力，也单称安培章力。通电司直导话体在捡磁场辆内的趁受力掉方向圾可用左手每定则来判宏断。动画把一折段通斤电导陕线放程入磁币场中梅，当组电流毙方向贝与磁西场方蔬向垂饱直时展，电县流所汪受的民电磁征力最坡大。利用冶磁感她应强饰度的挽表达层式B=F/Il，可得味电磁展力的熊计算匠式为F=BI耳l动画：计算电磁力的大小如果雷电流昂方向起与磁萍场方疯向不衔垂直国，而隶是有一个瓜夹角α，这时括通电岸导线堤的有之效长毯度为lsi平nα。电磁军力的忘计算拔式变晌为F=BI律lsi银nα二、降通电声平行惠直导起线间业的作艳用两条绘相距询较近纤且相钓互平予行的胜直导初线，浮当通恶以相纸同方分向的累电流励时，轮它们回相互侦吸引同（左做图）；当通己以相有反方水向的岛电流谎时，锣它们爬相互想排斥冒（右乔图）。动画判断家受力谱时，昆可以铲用右苗手螺岸旋法惧则判冻断每住个电耳流产捞生的篇磁场莫方向程，再盈用左扛手定为则判桂断另尾一个互电流宫在这雀个磁菜场中场所受份电磁批力的欲方向怖。发电就厂或葬变电叨所的撇母线拿排就垮是这隶种互洒相平司行的霜载流谊直导兴体，虚为了衫使母娇线不灰致因误短路究时所脖产生碍的巨缴大电渡磁力聚作用迈而受广到破虚坏，拥所以遣每间舰隔一纲定间性距就机安装宾一个恭绝缘踪蝶支柱提，以陈平衡乏电磁舰力。三、痰磁场史对通熟电线福圈的易作用磁场域对通张电矩标形线品圈的键作用剪是电慰动机级旋转财的基锤本原隔理。在均罢匀磁溜场中祥放入傲一个裹线圈倒，当虹给线显圈通数入电兵流时春，它保就会颤在电资磁力笔的作殿用下付旋转励起来稠。电刷换向器当线稻圈平衡面与紧磁感讲线平四行时湿，线突圈在N极一激侧的留部分歉所受弄电磁佩力向僵下，胜在S极一告侧的顽部分讨所受凶电磁瞒力向份上，氧线圈方按顺倦时针茫方向远转动胡，这煎时线枪圈所幻玉产生边的转访矩最灾大。蝇当线鞋圈平聚面与歇磁感膨线垂超直时庄，电附磁转占矩为却零，浸但线炼圈仍辉靠惯欣性继郊续转性动。樱通过锈换向勤器的厘作用疼，与弦电源白负极病相连创的电个刷A始终齿与转辩到N极一往侧的参导线守相连傲，电程流方跟向恒戏为由A流出裙线圈色；与衰电源瞧正极坡相连亭的电授刷B始终越与转粒到S极一晓侧的倾导线住相连走，电缠流方贯向恒逗为由B流入杂线圈搬。因鸭此，淹线圈修始终做能按屋顺时私针方托向连窄续旋脾转。§4己-4铁磁虹物质一、嗓铁磁颗物质姑的磁蛇化使原外来没做有磁拢性的脖物质泛具有口磁性业的过欢程称帮为磁化。只有澡铁磁湿性物府质才点能被罗磁化鸣，而奴非铁敬磁性狐物质殊是不骂能被前磁化饥的。很这是尼因为色铁磁酿物质价可以队看作肯是由票许多烤被称下为磁畴的小尊磁体膛所组获成。在无蓬外磁踪蝶场作武用时林，磁花畴排柄列杂傍乱无锤章，爸磁性秒互相俱抵消赴，对联外不公显磁糠性；茎但在四外磁带场作袄用下尽，磁铜畴就羽会沿陕着外驼磁场朝方向塔变成排整齐暗有序粘的排疲列，淋所以教整体态也就绩具有陡了磁的性。二、丘磁化教曲线当一包个线挽圈的景结构株、形垄状、可匝数涨都已苦确定银时，锡铁磁生物质粉的B随H变化眉的规奏律可生用B—H曲线掠来表圾示，贴称为磁化享曲线。曲线oa段较镰为陡蹲峭，B随H近似忧成正隶比增互加。b点以割后的辣部分届近似零平坦徒，表院明即恰使再舅增大蝇线圈吧中的渐电流I以增递大H，B也已腐近似换不变传了，逆铁心像磁化糠到这铲种程据度称应为磁饱段和。a点到b点是让一段叠弯曲庸的部愿分，礼称为简曲线冶的膝备部。策这一脖段是妇从未傍饱和炉到饱掠和的篇逐步芹过渡共。各种粘电器松的线湾圈中阅，一伶般都风装有鸡铁心衣以获型得较雨强的蚁磁场梯。而谎且在备设计房诚时，真常常状是将础其工欲作磁崭通取预在磁乐化曲士线的崭膝部铺，还赚常将帅铁心告制成纲闭合寄的形圾状，漏使磁街感线美沿铁毙心构挥成回炒路。三、柳磁滞召回线理想剧状态疏下的北磁滞晒回线悄：实际估的磁拘滞回叔线：磁感鹊应强醋度B的变副化落集后于亩磁场驳强度H的变愉化，舱这一爪现象阵称为磁滞。铁心断在反岩复磁焰化的授过程麦中，态由于飞要不缝断克纯服磁领畴惯俊性将贱损耗一定屿的能贩量，盏称为磁滞垮损耗，这灰将使顷铁心发热。四、申铁磁霞材料爬的分末类硬磁灶材料特点算：不易歪磁化币，不组易退详磁典型纸材料控及用录途：碳钢宝、钴伴钢等抹，适纹合制蚁作永盆久磁第铁，效扬声坊器的喝磁钢软磁倡材料特点烈：容易魄磁化还，容叹易退跑磁典型原材料提及用两途：硅钢撑、铸抢钢、倘铁镍犯合金夹等，耍适合免制作堆电机合、变译压器熔、继已电器己等设衔备中晓的铁喊心矩磁四材料特点维：很易柱磁化融，很扒难退钓磁典型避材料添及用客途：锰镁诞铁氧命体、特锂锰吧铁氧雨体等菜，适时合制街作磁铁带、乔计算友机的风磁盘§4膝-5电磁剪感应一、剪电磁道感应听现象电流诉能产返生磁无场，泳那么矮磁场舅能否孟产生恨电流斑呢？将一替条形托磁铁顺放置奖在线永圈中偷，当刷其静贩止时骡，检浆流计晶的指吵针不蹲偏转受，但价将它盖迅速示地插料入或博拔出测时，势检流心计的凉指针戒都会填发生分偏转起，说怀明线组圈中干有电僚流。这种悔利用御磁场鬼产生其电流笛的现冲象称甲为电磁价感应现象坊，产毁生的胃电流剩称为感应堤电流，产箩生感锈应电卧流的符电动隙势称盆为感应除电动贫势。二、五楞次折定律以上已实验嘱表明怜：在蛾线圈植回路网中产电生感洁应电利动势随和感条应电抹流的殊原因客是由畜于磁吨铁的翅插入鸣和拔盼出导族致线呼圈中堂的磁湾通发李生了继变化阴。楞次壁定律亦指出西了磁倍通的慈变化滔与感烘应电吸动势户在方满向上剑的关刑系，油即：感应矮电流浸产生捆的磁区通总跃是阻眯碍原全磁通源的变平化。三、配法拉廊第电倍磁感砖应定渣律在上周述实析验中省，如虎果改拾变磁窑铁插盯入或蔑拔出举的速确度，劝就会因发现锄，磁焦铁运楚动速坟度越倾快，姥指针闲偏转安角度扯越大楼，反卖之越愤小。讨而磁意铁插批入或怒拔出圾的速罚度，宰反映孟的是阵线圈拔中磁极通变芝化的购速度肯。即拘：线圈咽中感为应电念动势扔的大覆小与奶线圈跃中磁而通的毫变化宁率成斯正比。这惕就是窝法拉嚷第电珠磁感批应定呜律。用ΔΦ表示顶时间狭间隔Δt内一撤个单宏匝线呢圈中臭的磁奶通变泪化量螺，则舱一个跟单匝弊线圈武产生肿的感舱应电腹动势周的大坐小为如果吧线圈桌有N匝，佩则感董应电疏动势引的大帽小为四、姥直导东线切戚割磁膊感线弦产生尤感应俭电动买势感应北电动轿势的膊方向况可用右手处定则判断持。平工伸右逢手，体大拇射指与鸦其余驰四指愤垂直户，让丈磁感贫线穿胖入掌粱心，动大拇柳指指费向导跪体运株动方柳向，店则其毯余四锁指所圣指的工方向键就是骡感应员电动别势的慌方向狠。当导炭体、乘导体臂运动估方向阶和磁何感线柱方向薯三者弓互相兴垂直范时，尿导体篮中的贵感应佣电动欧势为挖：e=Bl旁v如果断导体榜运动枪方向任与磁纽奉感线珠方向律有一篮夹角α，则导雁体中逝的感绿应电袄动势土为e=Bl第vsi姐nα发电载机就须是应轰用导右线切彩割磁厌感线宫产生址感应夏电动艰势的落原理蚊发电弯的，种实际玻应用次中，慌将导陶线做阁成线摸圈，悟使其街在磁批场中之转动步，从狭而得末到连进续的笑电流袜。动画：正弦交流电的产生动画：实际应用的发电机例题如下外图所存示，卸在磁帐感应胳强度像为B的匀彻强磁哨场中阁，有副一长船度为l的直胀导体AB，可沿疑平行行导电瓶轨道缘瑞滑动逃。当纠导体船以速垂度v向左篇匀速次运动丹时，轧试确本定导圣体中倾感应狠电动槽势的滨方向眯和大该小。解:（1）导体惜向左荒运动除时，匪导电照回路废中磁备通将派增加睡，根岛据楞遇次定劲律判篮断，经导体斜中感温应电锻动势共的方旧向是B端为绣正，A端为志负。唐用右丧手定秆则判娱断，蚁结果疗相同逗。（2）设犬导体隔在Δt时间乌内左裳移距匪离为d，则导疏电回披路中痕磁通绒的变摔化量片为ΔΦ=BΔS=Bl诸d=Bl蔬vΔt所以炸感应奶电动苦势如果吊导体网和磁生感线骄之间缘瑞有相狭对运挡动时凭，用仓右手雅定则恐判断亭感应队电流军方向纲较为湖方便陷；如果席导线冒与磁牢感线砖之间障无相谅对运众动，巨只是当穿过湿闭合做回路晴的磁莲通发仇生了脏变化藏，则沸用楞脉次定猪律来浑判断旅感应败电流峰的方过向。§4伪-6自感一、据自感碎现象合上向开关似，HL郑2比HL制1亮的喉慢断开偷开关西，灯革泡闪乞亮一甜下才衬熄灭当线昏圈中功的电窝流发介生变共化时演，线墙圈中封就会接产生棒感应涨电动柔势，教这个牧电动怕势总车是阻固碍线焦圈中似原来绵电流橡的变防化。这种求由于湾流过论线圈棉本身乓的电州流发通生变椅化而瓶引起伙的电裙磁感籍应现邮象称冒为自感良现象，简誓称自感。在自牧感现碰象中辅产生即的感挺应电犬动势醋称为自感丸电动碑势，用eL表示纵，自溪感电己流用iL表示剖。二、杆自感奋系数自感渴电流帝产生吧的磁肌通称组为自感净磁通。一个狼线圈追中通毅过单速位电扬流所拢产生获的自跌感磁巾通称麻为自感忠系数（简略称电感），辛用L表示翅，即L的单舍位是努亨利多，用H表示旬。常莫采用翁较小府的单恭位有服毫亨(mH)和微廊亨（μH）。线圈浸的电跨感是妻由线凤圈本僵身的虽特性别决定扎的。企线圈粗越长对，单醋位长企度上蹦的匝自数越偷多，贡截面贡积越妥大，致电感惰就越梅大。悼有铁折心的克线圈情，其光电感置要比伟空心呜线圈楚的电装感大凝得多闲。有铁卫心的您线圈锣，其士电感呢也不毙是一袖个常码数，懒称为非线侦性电献感。电厅感为献常数民的线泥圈称漫为线性更电感。空该心线价圈当急其结勉构一毕定时秒，可挖近似再地看备成线涨性电钉感。三、搂自感耻电动每势由Nφ=LI，有代入注，丧可得四、RL电路瞒过渡婚过程电感他线圈期与电洲容器墓相似馋，都灯是电涌路中械的储赚能元央件。开关SA刚刚挽闭合鱼时，堂电流除不可雹能一杏下子图由零目变到汗稳定肢值，包而是峡逐渐晋地增仗大；爸而当影切断牌电源多时，品电流对也不益是立拾即消伶失，天而是杆逐渐苗减小劫而消睬失。过渡驼过程膜的快册慢与L和R的数催值有硬关，L与R的比彼值称蹄为RL电路慢的时派间常斜数，醋即：τ越小良，表堤明过烫渡过蛋程越发快。§4捞-7互感一、披互感丢现象转和互扭感电火动势在开弓关SA闭合订或断乏开瞬从间以晨及改怒变RP的阻福值，俱检流俘计的娃指针汤都会泊发生靠偏转幅。我们悠把由醋一个芝线圈德中的胳电流凉发生帮变化误而在适另一庭线圈屿中产属生电洲磁感询应的鼓现象去称为互感乖现象，简快称互感。由互揉感产拾生的辩感应梅电动椅势称锄为互感挤电动指势，用eM表示。互感蔬电动连势的除计算暖公式蛙为式中M称为互感鹿系数，简杨称互感，单侍位和批自感刊一样衣，也要是亨裁（H）。二、胜互感毫线圈瞎的同胜名端我们呼把由虾于线紧圈绕阴向一如致而虹产生溉感应食电动蛛势的猾极性斩始终泽保持腰一致互的端弊子称颤为线贤圈的勿同名霸端，目用“·宰”或“声*适”索表示途。图中1、4、5就是趟一组刚同名母端。SA闭合申瞬间怒，A线圈淹有电薄流i从1端流西进，薄根据版楞次侦定律乔，在A线圈索两端型产生冰自感剂电动要势，羞极性地为左亮正右抄负。梅利用订同名廊端可下确定B线圈喷的4端和C线圈录的5端皆付为互检感电替动势洋的正辩端。§4严-8磁路狡欧姆药定律一、谨磁路磁通差所通墙过的尘路径今称为磁路。磁路盘可分组为无分蜂支磁军路和有分级支磁骡路。如逆上图a和b为无降分支垂磁路疤，c为有庙分支慰磁路傅。磁路姻中除干铁心肆外往你往还厉有一府小段垮非铁炭磁材继料，甩例如漂空气党隙等词等。由于胶磁感屯线是户连续洽