中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用

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实用汽车电工电子1第2章电磁学根本知识及其应用学习目标1．了解磁铁、磁场与磁感线、磁感应强度、磁通量及磁感应强度与磁通量之间的关系。2．理解电流的磁场，电流的磁效应，磁路欧姆定律。3．掌握磁场对通电直导体的作用，磁场对通电线圈的作用，4．理解电磁感应现象、楞次定律、自感现象、互感现象。5．掌握电磁铁、继电器的根本内容。第2章电磁学根本知识及其应用学习目标22．1磁的根本物理量2．1．磁铁具有磁性的物质称为磁铁，所有能被磁铁吸引的物质称为铁磁物质或铁磁材料。磁铁分为天然磁铁与人造磁铁两大类。磁铁的主要性能：(1)磁铁的两端磁性最强，这两端称为磁极，磁极具有指向南北的性质，通常把指南端的磁极称为南极，用S表示；指北端的磁极称为北极，用N表示。(2)同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引。它说明磁极之间有相互作用力，磁极之间的相互作用力称为磁力。(3)无论怎样分割磁铁，分割后所得到的每一块磁铁总具有南北两个磁极，即N极和S极相互依存，不能单独存在。(4)把一块铁磁物质放在磁铁附近，该铁磁物质也会带上磁性，这种原来没有磁性的物质获得磁性的现象称为磁化，磁铁拿走后，被磁化的物质还会保存一定的磁性，称为剩磁。2．1磁的根本物理量2．1．磁铁3

2．1．2磁场与磁感线1．磁场磁场是指磁铁周围有磁力的空间，它是磁体周围空间的一种特殊物质，它没有构成物质的分子或原子。2．磁感线磁感线就是一条条从磁体北〔N〕极沿磁体周围空间到磁体南〔S〕术，然后再通过磁体内部回到北(N)极的闭合曲线。曲线上每一点的切线方向(即小磁针N极在该点的指向)就表示该点的磁场方向；曲线在某处的疏密程度(单位面积的磁感线根数)就表示该处的磁感应强度，如图2．1所示。2．1．2磁场与磁感线1．磁场42．1．3磁感应强度

磁场中垂直穿过单位面积上磁感线的条数称为该面积所在处的磁感应强度，又称为磁通密度。磁感应强度是用来描述磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是一个矢量，通常用字母B来表示式中B——磁感应强度，单位为特[斯拉]，用T表示。F——力，单位为N。I——电流，单位为A。△L——长度，单位为m。如果磁场中某一区域内各点的磁感应强度的大小和方向都相同，那么该区域内的磁场称为均匀磁场。均匀磁场的磁感线是一些均匀分布的平行直线。2．1．3磁感应强度磁场中垂直穿过单位面积上磁52．1．4磁通量磁感应强度和与它垂直的某一截面积的乘积，称为通过该截面积的磁通量。换言之，磁场中穿过某一面积磁感线的条数就为穿过该面积的磁通量，简称磁通，用来表示。对于均匀磁场，因B为常数，那么有式中——磁通量，单位为用Wb表示。B——磁感应强度，单位为T。A——面积，单位为m2。在国际单位制中，磁通量的单位名称是韦[伯]，简称韦，单位符号是Wb。2．1．4磁通量磁感应强度和与它垂直的某一截62.2电流的磁效应和磁路2．2．1电流的磁场丹麦物理学家奥斯特于1820年发现电流的周围存在着磁场。电流是产生磁场的根本原因，电流和磁场有着不可分割的联系，磁场总是伴随着电流而存在的，电流那么永远被磁场所包围，磁场是由电流产生的,人们把电流产生磁场的现象称为电流的磁效应。通电直导体的磁场一根直导体通人电流后，导体周围就产生磁场，其磁感线的分布是以导体为中心的一组同心圆，如图2．2(a)所示。实验证明，通电直导体周围各点磁场的强弱与导体中电流大小成正比，磁场的方向与电流的方向有关，可用右手螺旋定那么确定：右手握住导体，用大拇指指向电流方向，那么其余四指弯曲的方向就是磁场的方向，如图2．2(b)所示。

2．2．3通电线圈的磁场把导线绕成螺旋状的线圈并通人电流，也能产生磁场，通电线圈的磁场相当于一块条形永久磁铁的磁场，如图2．3(a)所示。2.2电流的磁效应和磁路2．2．1电流的磁场7中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用82．2．4磁路欧姆定律磁通集中通过的闭合路径称为磁路，在汽车电器中，为了获得较强的磁感应强度，常常把磁通集中到一定形状的路径中。形成磁路的最好方法是用铁磁材料做成各种形状的铁心，使磁感线在铁心中形成闭合回路。图2．4所示就是几种电器的磁路。2．2．4磁路欧姆定律92．3磁场对电流的作用2．3．1磁场对通电直导体的作用如图2．5所示，在U形磁铁中悬挂一根直导体，并使导体垂直于磁感线，导体两端分别连接于蓄电池的两个极上，未通电时，导体是静止的，如果接通电源，导体就向一边运动，最后到达一个新的位置而平衡下来，假设改变电流方向或对调磁极，导体将向另一边运动。这说明通电导体在磁场中将受到作用力，这种作用力称为磁场力。实验证明：在均匀磁场中，通电直导体受到电磁力F的大小与磁感应强度B成正，与导体中电流成正比，与导体在磁场中的有效长度L成正比，即F=BIL载流直导体在磁场中的受力方向，可用左手定那么来判定，具体方法是将左手伸平，拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，那么拇指所指方向就是导体的受力方向，如图2．6所示。2．3磁场对电流的作用2．3．1磁场对通电直导体的作用10中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用11[例2.1]如下图，试判断图中直导体的电流方向或受力方向(图中表示电流垂直纸面向里，表示电流方向垂直纸面向外)。[解]利用左手定那么判断结果为图2。7(a)的直导体受力方向为向下，图2。7〔b〕的直导体的电流方向为垂直纸面向外。[例2.1]如下图，试判断图中直导体的电流方向或受力方向(122．3．2磁场对通电线圈的作用研究磁场对通电线圈的作用更有实际意义，因为在汽车电器中许多直流电动机，如刮水器电动机、空调鼓风机和起动机的直流电动机等都是利用这一原理制成的。1．通电线圈在磁场中的受力如图2．8(a)所示，在均匀磁场中放置一个可绕轴00’转动的通电矩形线圈abcd。：ad=bc=L1；ab=cd=L2：。当线圈与磁感线平行时，因ab边和cd边与磁感线平行，所受电磁力为零，而ad边和bc边与磁感线垂直，所受电磁力最大，而且F1=F2=BIL1。此时受电磁力作用的两个边也称为有效边。2．3．2磁场对通电线圈的作用13中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用142．通电线圈在磁场中的转矩转矩等于力偶中的任意一个力与力偶臂的乘积，因而图2．8(a)中矩形线圈转矩为

式中T——线圈中受到的电磁转矩，单位为N·m。

B——均匀磁场的磁感应强度，单位为T。2．通电线圈在磁场中的转矩152.3.3磁场对通电半导体的作用(霍尔效应)如图2．9所示，把一块半导体基片(霍尔元件)放在磁场中，当在与磁场垂直的方向上通以电流时，那么在与磁场和电流相垂直的另外横向侧面上产生电压。这一现象是美国物理学家霍尔于1879年发现的，因此命名为霍尔效应。实验证明：霍尔效应中产生的电压UH，(霍尔电压)的大小与通过半导体基片的电流I和磁场的磁感应强度B成正比，与基片的厚度d成反比。即2.3.3磁场对通电半导体的作用(霍尔效应)16中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用172.4电磁感应2．4．1电磁感应现象及其产生的条件英国科学家法拉第在大量实验的根底上，于1831年发现了磁生电的重要事实及其规律——电磁感应定律，下面介绍两个典型的实验。[实验一]在图2．10所示的均匀磁场中放置一根直导体AB，导体两端连接一个灵敏电流计C，当导体垂直于磁感线做切割运动时，可以明显地观察到电流计的指针偏转，当导体静止不动或平行于磁感线方向运动时，电流计的指针不动。[实验二]如图2．11所示，空心线圈两端连接灵敏电流计G，时，会观察到电流计的指针偏转，如果条形磁铁在线圈中静止不动，电流计指针也不动，如果将条形磁铁由线圈中迅速拔出，会看到电流计的指针反向偏转。2.4电磁感应2．4．1电磁感应现象及其产生的条件18中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用192．4．2楞次定律俄国物理学家楞次经过大量实验，于1833年发现判定感应电流方向的重要定律——楞次定律。其内容是：感应电流产生的磁通总是企图阻碍原磁通的变化。应注意的是，感应电流产生的磁通只是企图阻碍原磁通的变化，而不是阻碍原磁通的存在。在图2．12(a)中，原磁通方向向下，由于磁铁插入线圈时，线圈中磁通变化趋势为增加，根据楞次定律，感应磁通企图阻碍原磁通的增加，即与原磁通方向相反。因此感应磁通的方向向上。最后用右手螺旋定那么判断感应电流的方向，即用右手握住线圈，让拇指指向感应磁通方向，那么弯曲四指的指向就是感应电流的方向，把线圈看成电源，那么感应电动势的极性为下正上负。用同样的方法亦可判断出图2．12(b)中线圈产生感应电动势的极性为上正下负。2．4．2楞次定律20中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用212．4．3自感现象1．自感现象所谓自感现象就是线圈内变化的磁通源于线圈本身通人变化的电流。如图2．15所示，闭合开关S，调节RP改变流人线圈电流的大小或改变电流的方向，那么线圈的磁通量大小(或方向)发生变化，从而在线圈中产生感应电动势。这种由通人线圈的电流发生变化而产生感应电动势的现象称为自感现象，由自感现象产生的感应电动势称为自感电动势，用符号eL表示。2．4．3自感现象222．自感电动势由楞次定律可知：自感电动势总是阻碍原电流的变化，当线圈中电流i增大(减小)时，自感电动势的方向与原电流方向相反(相同)，如图2．16所示。

实验证明：自感电动势的大小与线圈的自感系数和线圈中电流的变化率成正比。2．自感电动势232．4．4互感现象1．互感现象所谓互感，就是由于一个线圈中电流的变化使另一个线圈产生感应电动势的现象，这个感应电动势称为互感电动势，用eM表示。如图2．17所示，线圈1和线圈2靠得很近，线圈2的两端接一个灵敏电流计G，当开关S断开和闭合的瞬间，会看到电流计发生左右偏转，这是因为线圈1中电流的变化产生了变化的磁通，其中一局部变化的磁通通过线圈2，由于线圈2产生感应电动势，而使相连的电流计指针发生偏转。2．互感电动势互感电动势的方向可用楞次定律来判定，其具体方法是：(1)根据线圈中电流的方向，确定线圈中互感磁通的方向。(2)根据线圈1中电流变化的趋势，确定通过线圈2中互感磁通的变化趋势。(3)根据楞次定律判定线圈2中感应磁通的方向。(4)根据右手螺旋定那么判定互感电流的方向。2．4．4互感现象24中职实用汽车电工电子技术(高教版)课件：第2章-电磁学基本知识及其应用252．5电磁铁和继电器2．5．1电磁铁人们常用铁磁材料(软铁)作铁心，在外面绕上线圈，再通以电流做成电磁铁，如下图。电磁铁和永久磁铁一样具有磁性，电磁铁的线圈