磁导率和磁场强度一课件

第十一节电磁铁第八节互感现象与同名端第九节RL电路的暂态过程第十节磁路与磁路欧姆定律章目录第三章磁场与电磁感应返回第一节磁的基本知识第二节磁通和磁感应强度第三节磁导率和磁场强度第四节磁场对载流导体的作用第五节铁磁物质的磁化第六节电磁感应第七节自感电动势与自感系数第十二节涡流第十一节电磁铁第八节互感现象与同第九节R1.掌握电流产生磁场和磁场中通电导体受电磁力作用的知识，熟练掌握安培定则和左手定则。2.理解磁感应强度和磁通的意义，并熟记它们的单位和符号。3.掌握右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律，并能定性分析各种常见的电磁感应现象。4.掌握自感、互感的有关性质，能对自感和互感现象作定性分析，了解同名端的意义和标法。教学要求教学要求返回1.掌握电流产生磁场和磁场中通电导体受电磁力作用的知一、磁体与磁极二、磁场与磁力线三、电流的磁场节目录第一节磁的基本知识一、磁体与磁极二、磁场与磁力线三、电流的磁场节目录第一节条形、马蹄形、针形磁性：能吸引铁、镍、钴等物质或它们的合金的性质。1.具有磁性的物体叫磁体。人造磁体：第一节磁的基本知识一、磁体和磁极天然磁体：吸铁石条形、马蹄形、针形磁性：能吸引铁、镍、钴等物质或它们的合任何磁体都有两个磁极。2.磁体两端磁性最强的区域叫磁极。同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。磁极间的相互作用力叫磁力。第一节磁的基本知识一、磁体和磁极SN任何磁体都有两个磁极。2.磁体两端磁性最强的区域叫磁地球是一个很大的磁体，我们叫地磁。地磁的南极接近地球的北极，地磁的北极则接近地球的南极。北南SN第一节磁的基本知识一、磁体和磁极地球是一个很大的磁体，我们叫地磁。地磁的南极接近地球的北磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。在磁场中某一点放一个能自由转动的小磁针，静止时N极所指的方向，规定为该点的磁场方向。第一节磁的基本知识磁力线能够形象的描述磁场的大小和方向。二、磁场和磁力线磁体周围存在磁力作用的空间，称为磁场。在磁场中某一点磁力线的特点1.磁力线是假想的互不相交的闭合曲线。在磁铁外部，磁力线从N极到S极；在磁铁内部，磁力线从S极到N极。2.磁力线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向（即放入磁场中该点的小磁针的N极的指向）。磁力线分布均匀而又相互平行的区域称为匀强磁场。第一节磁的基本知识二、磁场和磁力线

3.磁力线的疏密程度反映了磁场的强弱.磁力线越密表示磁场越强；越疏表示磁场越弱。磁力线的特点1.磁力线是假想的互不相交的闭合曲线。在直线电流产生磁场方向的判断：用右手握住通电直导线，让拇指指向电流方向，则四指环绕的方向就是磁力线的方向。这叫安培定则。（一）直线电流的磁场第一节磁的基本知识三、电流的磁场直线电流产生磁场方向的判断：用右手握住通电直导线，让环形电流产生磁场方向的判断：用右手握住螺线管，弯曲的四指指向线圈电流方向，则拇指的方向就是螺线管内的磁场方向。这也叫安培定则（又称右手螺旋定则）。（二）通电螺线管的磁场第一节磁的基本知识三、电流的磁场环形电流产生磁场方向的判断：用右手握住螺线管，弯曲的分子电流假说：在原子、分子等物质微粒内部存在着一种环形电流，叫分子环流。（三）磁现象的电本质第一节磁的基本知识磁现象的电本质：磁铁的磁场和电流的磁场一样，都是由电荷运动产生的。分子环流杂乱无章导致磁场相互抵消，物质对外不呈现磁性。如果分子环流方向一致，物质就呈现磁性。三、电流的磁场分子电流假说：在原子、分子等物质微粒内部存在着一种环一、磁通二、磁感应强度节目录第二节磁通和磁感应强度一、磁通二、磁感应强度节目录第二节磁通和磁感应强度通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数，叫做通过该面积的磁通量，简称磁通，用字母Ф表示，单位为Wb（韦伯）。

当面积一定时，通过该面积的磁力线越多，则磁通越大，磁场就越强。第二节磁通和磁感应强度一、磁通通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁力线的总数，叫做通垂直通过单位面积的磁力线的多少，叫做该点的磁感应强度，用B表示，其单位为T（特斯拉）。（一）定义（二）计算公式（三）磁感应强度的方向磁力线上某点的切线方向就是该点的磁感应强度的方向。第二节磁通和磁感应强度二、磁感应强度垂直通过单位面积的磁力线的多少，叫做该点的磁感应强度在匀强磁场中，磁力线是平行、等距的一系列直线。第二节磁通和磁感应强度磁感应强度是矢量，不但表示某点磁场的强弱，而且还能表示出该点磁场的方向。二、磁感应强度如果磁场中各点的磁感应强度的大小和方向相同，那么该磁场叫做匀强磁场。在匀强磁场中，磁力线是平行、等距的一系列直线。第二节磁通和一、磁导率二、磁场强度节目录第三节磁导率和磁场强度一、磁导率二、磁场强度节目录第三节磁导率和磁场强度1.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，单位是H/m（亨每米）。2.真空中的磁导率μ0是一个常数。

3.我们把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。第三节磁导率和磁场强度一、磁导率1.磁导率是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用4.根据磁导率的大小，可把物质分为三类：第三节磁导率和磁场强度一类叫顺磁物质，其μr稍大于1。另一类叫反磁物质，其μr稍小于1。还有一类叫铁磁物质，其μr远大于1。一、磁导率4.根据磁导率的大小，可把物质分为三类：第三节磁导率和磁场磁场中某点的磁感应强度B与媒介质磁导率的比值，叫做该点的磁场强度，用H表示，单位是A/m（安每米）。磁场强度是矢量，在均匀媒介质中，它的方向和磁感应强度的方向一致。第三节磁导率和磁场强度二、磁场强度磁场中某点的磁感应强度B与媒介质磁导率的比值一、磁场对载流直导体的作用二、磁场对通电矩形线圈的作用节目录第四节磁场对载流导体的作用一、磁场对载流直导体的作用二、磁场对通电矩形线圈的作用节目录（一）电磁力的产生式中—通电导体受到的电磁力，N；—磁感应强度，T；—导体中的电流强度，A；—导体在磁场中的长度，m；—电流方向与磁感应线的夹角。电磁力计算公式：第四节磁场对载流导体的作用载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力。一、磁场对载流直导体的作用（一）电磁力的产生式中—通电导体受到的电磁力，N；—磁感应强（二）通电导体在磁场内受力方向的判断通电导体在磁场中的受力方向可用左手定则判断。第四节磁场对载流导体的作用一、磁场对载流直导体的作用（二）通电导体在磁场内受力方向的判断通电导体在磁场中的受力方左手定则：将左手伸平，拇指与四指垂直放在一个平面上，让磁力线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所指方向就是导体的受力方向。第四节磁场对载流导体的作用一、磁场对载流直导体的作用左手定则：将左手伸平，拇指与四指垂直放在一个平面上，（三）相互平行的通电直导体间的相互作用

结论：通过同方向电流的平行导线是相互吸引的；通过反方向电流的平行导线是相互排斥的。第四节磁场对载流导体的作用一、磁场对载流直导体的作用（三）相互平行的通电直导体间的相互作用结论：方向向下，方向向上。构成一个力偶距，使线圈以OO`为轴按逆时针方向旋转。二、磁场对通电矩形线圈的作用第四节磁场对载流导体的作用方向向下，方向向上。构成一个力偶距，使线如果矩形线圈由N匝绕制，则转矩为：第四节磁场对载流导体的作用当线圈平面与磁力线平行时，转矩最大。当线圈平面与磁力线垂直时，转矩为零。所以，磁场总是使线圈转到与其垂直的位置。二、磁场对通电矩形线圈的作用如果矩形线圈由N匝绕制，则转矩为：第四节磁场对载流一、磁化的概念二、起始磁化曲线第五节铁磁物质的磁化节目录三、磁滞回线四、铁磁材料的分类和用途一、磁化的概念二、起始磁化曲线第五节铁磁物质的磁化节目录一、磁化的概念

原来没有磁性的物质，在外磁场作用下产生磁性的现象叫做磁化。凡是铁磁物质都能被磁化。原因是：

铁磁物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域组成。在无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，小磁畴本身具有的磁性相互抵消，对外不呈现磁性。

在外磁场作用下，磁畴都趋向外磁场，形成附加磁场，从而使原磁场显著增强。第五节铁磁物质的磁化一、磁化的概念原来没有磁性的物质，在外磁场作二、起始磁化曲线

铁磁物质从完全无磁状态进行磁化的过程中，磁感应强度B将按照一定规律随外磁场强度H的变化而变化，这种B-H关系曲线叫做起始磁化曲线。

oa段：

起始磁化段第五节铁磁物质的磁化

ab段：

线性段

bc段：膝部段c点以后：饱和段在H变化过程中，B跟着变化，因而μ也在变化。μ1称为起始磁导率。二、起始磁化曲线铁磁物质从完全无磁状态进行磁三、磁滞回线

实验：利用以下的磁化装置使铁磁材料在交变磁场中进行反复磁化。4.使反向磁场恢复到0。第五节铁磁物质的磁化

1.调节R使H达到最大值（+Hm）。

2.使Hm减小到0。3.通过开关S使H反向增加至-Hm。

实验步骤R三、磁滞回线实验：利用以下的磁化装置使铁磁材三、磁滞回线

通过反复磁化得到的B-H关系曲线abcdefa叫做磁滞回线。由于铁磁材料在反复磁化过程中，B的变化总是滞后于H的变化，我们称这一现象为磁滞。

磁滞是由于铁磁材料中磁分子的惯性和摩擦造成的。第五节铁磁物质的磁化

数值Br叫做剩磁；

数值Hc叫做“矫顽力”；

-Br叫做反向剩磁。

oa段是起始磁化曲线；三、磁滞回线通过反复磁化得到的B-H关系曲线三、磁滞回线不同的外磁场强度情况下得到一系列磁滞回线，把这些磁滞回线的顶点连接起来所得到的曲线称为基本磁化曲线。第五节铁磁物质的磁化三、磁滞回线不同的外磁场强度情况下得到一系列磁滞回线三、磁滞回线以下是几种常用的铁磁材料的基本磁化曲线。第五节铁磁物质的磁化

总结铁磁材料的性质：

1.能被磁体吸引。

4.磁感应强度有一个饱和值。2.能被磁化并且有剩磁和磁滞损耗。

3.磁导率不是常数。三、磁滞回线以下是几种常用的铁磁材料的基本磁四、铁磁材料的分类和用途

根据矫顽力的大小把铁磁材料分成三大类。1.软磁材料

2.硬磁材料易磁化也易去磁。第五节铁磁物质的磁化

3.矩磁材料不易磁化也不易去磁。一经磁化便达到饱和值。四、铁磁材料的分类和用途根据矫顽力的大小把铁一、电磁感应现象二、电磁感应定律第六节电磁感应节目录一、电磁感应现象二、电磁感应定律第六节电磁感应节目录一、电磁感应现象像这种由于磁通变化而在导体或线圈中产生感应电动势的现象称为电磁感应，也称“动磁生电”。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叫感应电流。产生电磁感应的条件是通过线圈回路的磁通必须发生变化。第六节电磁感应一、电磁感应现象像这种由于磁通变化而在导体或线圈中产（一）法拉第电磁感应定律即:线圈中感应电动势的大小与通过同一线圈的磁通变化率（即变化快慢）成正比。二、电磁感应定律—线圈的匝数，匝；—N匝线圈的磁通变化量，Wb；—磁通变化所需的时间，s；—在时间内感应电动势的平均值，V。式中第六节电磁感应（一）法拉第电磁感应定律即:线圈中感应电动势的大小与（二）楞次定律楞次定律是用来判定线圈中的感应电动势或感应电流的方向。第六节电磁感应二、电磁感应定律（二）楞次定律楞次定律是用来判定线圈中的感应电动势或其内容是：当穿过线圈的磁通（原有的磁通）变化时，感应电动势的方向总是企图使它的感应电流产生的磁通阻止原有磁通的变化。也就是说，当线圈原磁通增加时，感应电流就要产生与它方向相反的磁通去阻碍它的增加；当线圈中的磁通减少时，感应电流就要产生与它方向相同的磁通去阻碍它的减少。第六节电磁感应二、电磁感应定律其内容是：当穿过线圈的磁通（原有的磁通）变化时，感应首先判断原磁通的方向及其变化趋势（增加或减少）；确定感应电流的磁通方向和原磁通是同向还是反向；根据感应电流产生的磁通方向，用右手螺旋定则确定感应电动势或感应电流的方向。楞次定律判断感应电动势和感应电流方向的步骤第六节电磁感应二、电磁感应定律首先判断原磁通的方向及其变化趋势（增加或减少）；楞次定律综上所述，可得出结论，在任何情况下，在考虑到感应电动势的方向时，线圈中的感应电动势表示为：第六节电磁感应在实际应用中，常用楞次定律来判断感应电动势的方向，而用法拉第电磁感应定律来计算感应电动势的大小。式中负号表示感应磁场的方向永远和原磁通变化的趋势相反。二、电磁感应定律综上所述，可得出结论，在任何情况下，在考虑到感应电动（三）右手定则（楞次定律的特殊形式）第六节电磁感应二、电磁感应定律（三）右手定则（楞次定律的特殊形式）第六节电磁感应二、电磁

右手定则：伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁力线穿过手心，拇指指向导体运动方向，则四指的方向便是感应电动势或感应电流的方向。判定直导体中感应电动势的方向用右手定则更为简便。第六节电磁感应二、电磁感应定律右手定则：伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁力线穿过

右手定则是楞次定律的特殊形式；它则是法拉第电磁感应定律的特殊形式。若直导体以一定速度与磁场成α角运动时，导体中感应电动势的大小为。第六节电磁感应二、电磁感应定律右手定则是楞次定律的特殊形式；它则是法拉第电磁感应定一、自感现象二、自感系数第七节自感电动势与自感系数节目录三、自感电动势四、自感现象的应用五、电感线圈中的磁场能量一、自感现象二、自感系数第七节自感电动势与自感系数节目录一、自感现象像这种因通过线圈本身的电流发生变化使线圈自身引起电磁感应的现象叫做自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势，叫做自感电动势，用eL表示。第七节自感电动势与自感系数一、自感现象像这种因通过线圈本身的电流发生变当一个空心线圈通过电流后，这个电流产生的磁场使每匝线圈具有的磁通叫自感磁通。使N匝线圈具有的磁通叫自感磁链，用字母ψ表示。二、自感系数把线圈每通过单位电流所产生的自感磁链称为自感系数，也称电感量，简称电感，用字母L表示。电感的标准单位是亨利（H）。常用单位还有mH、μH。第七节自感电动势与自感系数当一个空心线圈通过电流后，这个电流产生的磁场使每我们把L为常数的线圈称为线性电感，把线圈统称为电感线圈，也称电感器或电感。

电感的大小与线圈的匝数、几何形状以及线圈中介质的磁导率密切相关。对有铁芯的线圈，由于铁磁材料的磁导率不是常数，L也不是常数；对空心线圈，当其结构一定时，L为常数。第七节自感电动势与自感系数二、自感系数我们把L为常数的线圈称为线性电感，把线圈统称为电三、自感电动势公式中的负号表明自感电动势总是企图阻止电流的变化。（一）自感电动势的大小根据法拉第电磁感应定律：因为所以即：自感电动势的大小与电流变化率成正比。第七节自感电动势与自感系数三、自感电动势公式中的负号表明自感电动势总是企图阻止电流的变三、自感电动势注意：在判断时要把产生自感电动势的线圈看成感应电源。（二）自感电动势的方向自感电动势的方向仍根据楞次定律来判断。第七节自感电动势与自感系数三、自感电动势注意：在判断时要把产生自感电动势的线圈看成感应四、自感现象的应用1.荧光灯，就是利用自感电动势来点燃灯管，并使荧光灯正常工作的。第七节自感电动势与自感系数四、自感现象的应用1.荧光灯，就是利用自感电动势来点四、自感现象的应用2.整流设备中的滤波器电路，就是利用铁心线圈的自感作用完成滤波的。第七节自感电动势与自感系数四、自感现象的应用2.整流设备中的滤波器电路，就是利五、电感线圈中的磁场能量实验证明，电感线圈是一个储能元件。电感线圈中通过的电流越大，磁场越强，磁场能量就越大。磁场能量与通过线圈的电流的平方成正比，与线圈的电感量成正比。第七节自感电动势与自感系数五、电感线圈中的磁场能量实验证明，电感线圈是一个储能一、互感现象二、互感系数第八节互感现象与同名端节目录三、互感电动势四、互感线圈的同名端一、互感现象二、互感系数第八节互感现象与同名端节目录三、

一、互感现象第八节互感现象与同名端这种由于一个线圈的电流变化，而在另一个线圈中产生感应电动势的现象叫做互感现象，简称互感。所产生的感应电动势叫做互感电动势。一、互感现象第八节互感现象与同名端这种二、互感系数线圈1的电流变化时，线圈2中就产生变化的互感磁通Ф12。线圈1和线圈2之间的这种磁的联系称作磁耦合或互感耦合。互感磁链ψ12大小与电流的大小i1成正比，即M12即为磁耦合线圈的互感系数，单位是H。第八节互感现象与同名端二、互感系数线圈1的电流变化时，线圈2中就产二、互感系数同样，线圈2的电流变化时，线圈1中就产生互感磁链ψ21。理论和实验都证明，M12=M21。直接用M表示互感。互感系数M与两个线圈的匝数、几何形状、尺寸、相对位置以及周围介质等因素有关。第八节互感现象与同名端二、互感系数同样，线圈2的电流变化时，线圈1三、互感电动势互感电动势的方向用楞次定律判定或者通过同名端来确定。由互感现象产生的感应电动势叫互感电动势，用eM表示。线圈1中电流变化时，线圈2中就产生互感电动势eM2。线圈2中电流变化时，线圈1中就产生互感电动势eM1。即线圈中的互感电动势与互感系数和另一线圈中电流的变化率成正比。第八节互感现象与同名端三、互感电动势互感电动势的方向用楞次定律判定或者通过同名端来四、互感线圈的同名端两线圈的同名端是这样规定的：当两线圈的电流由同名端通入线圈时，所产生的互感磁通与自感磁通是相互增强的。同名端又叫同极性端。第八节互感现象与同名端四、互感线圈的同名端两线圈的同名端是这样规定在实际应用中，用符号“*”或“•”表示同名端。第八节互感现象与同名端四、互感线圈的同名端在实际应用中，用符号“*”或“•”表示同名端。第八节互感现一、什么是暂态过程二、RL电路接通直流电源第九节RL电路的暂态过程节目录三、RL电路的短接四、通有电流的RL电路与电源断开一、什么是暂态过程二、RL电路接通直流电源第九节RL电路一、什么是暂态过程第九节RL电路的暂态过程所谓暂态过程，就是由一种稳定状态（如飞机起飞前的静止状态）变化到另一种稳定状态（如飞机起飞后的飞行状态）必须经过的变化过程。暂态的危害：在电力拖动控制中，开关的开和关的变化过程中会出现电弧，若不采取灭弧措施将会烧坏开关电器；电力系统中由于暂态过程的出现会引起过电压或过电流，如不采取措施将会发生事故等。暂态的利用：电焊机就是利用暂态过程拉起电弧进行焊接的。一、什么是暂态过程第九节RL电路的暂态过程二、RL电路接通直流电源第九节RL电路的暂态过程一个空心线圈（线性电感）可以用电阻R和电感L的串联来等效。在稳定状态下，流过线圈的电流不发生变化，即：二、RL电路接通直流电源第九节RL电路的暂态过程二、RL电路接通直流电源第九节RL电路的暂态过程在电路接通或断开瞬间，经数学计算和实验证明：电阻两端的电压始终与电流成正比；电感上的电压则是按指数规律下降的。电路中的电流是按指数规律上升的；二、RL电路接通直流电源第九节RL电路的暂态过程二、RL电路接通直流电源第九节RL电路的暂态过程RL电路中电流的增长速度或暂态过程的长短取决于电路的时间常数。—线圈的电感量，H；—RL电路的时间常数，s；—线圈的电阻，。式中二、RL电路接通直流电源第九节RL电路的暂态过程三、通有电流的RL电路与电源断开第九节RL电路的暂态过程当电路突然断开时，在RL电路中，由于电感具有阻碍电流变化的作用，使电流不能立即减小到零。那电流如何形成回路呢？原来，当开关突然断开时，电感中产生与原电流方向相同的自感电动势，将开关断开点的空气击穿，并产生电弧，形成放电回路。三、通有电流的RL电路与电源断开第九节RL电路的暂态过程一、磁路的概念二、磁路欧姆定律第十节磁路与磁路欧姆定律节目录一、磁路的概念二、磁路欧姆定律第十节磁路与磁路欧姆定律节一、磁路的概念第十节磁路与磁路欧姆定律磁通（磁力线）集中通过的闭合路径称为磁路。形成磁路的最好方法是利用铁磁材料按照电器的结构要求而作成各种形状的铁心。我们把通过铁心的磁通称为主磁通，铁心外的磁通称为漏磁通。一、磁路的概念第十节磁路与磁路欧姆定律磁通二、磁路欧姆定律第十节磁路与磁路欧姆定律令则即磁路欧姆定律。相当于电路中的电动势，是产生磁通的磁源，因此称为磁通势（磁动势）。二、磁路欧姆定律第十节磁路与磁路欧姆定律令则即磁路欧姆定律二、磁路欧姆定律第十节磁路与磁路欧姆定律一方面，磁路与电路有本质的区别：电路断开时，电流为零，电动势依然存在；可是磁路没有开路状态，因为磁力线时不可断开的