电工基础-电磁感应

电磁感应基本知识03感应电动势电磁感应电磁感应现象的应用变压器相关知识电磁感应部分涉及三个方面的知识：一是电磁感应现象的规律。电磁感应研究的是其他形式能转化为电能的特点和规律，其核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律。楞次定律表述为：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即要想获得感应电流(电能)必须克服感应电流产生的安培力做功，需外界做功，将其他形式的能转化为电能。法拉第电磁感应定律反映外界做功能力磁通量的变化率越大，感应电动势越大，外界做功的能力也越大。3.1相关知识电磁感应部分涉及三个方面的知识：二是电路及力学知识。主要讨论电能在电路中传输、分配，并通过用电器转化成其他形式能的特点规律。在实际应用中常常用到电路的三个规律(欧姆定律、电阻定律和焦耳定律)和力学中的牛顿定律、动量定理、动量守恒定律、动能定理和能量守恒定律等概念。法拉第电磁感应定律反映外界做功能力磁通量的变化率越大，感应电动势越大，外界做功的能力也越大。3.1相关知识电磁感应部分涉及三个方面的知识：三是右手定则。右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流的方向。左力右电（即左手定则判断力的方向，右手定则判断电流的方向）。左力右感、左生力右通电。3.1电磁感应指因为磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应现象的发现，是电磁学领域中最伟大的成就之一。电磁感应3.23.2若闭合电路为一个n匝的线圈，则又可表示为：式中n为线圈匝数，ΔΦ为磁通量变化量，单位Wb（韦伯），Δt为发生变化所用时间，单位为s.ε为产生的感应电动势，单位为V（伏特，简称伏）。电磁感应俗称磁生电，多应用于发电机。电磁感应俗称磁生电，多应用于发电机电磁感应3.3产生感应电流的条件电磁感应现象：闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动，电路中产生感应电流。感应电流：在电磁感应现象中产生的电流。电磁感应现象的产生条件l闭合电路。l穿过闭合电路的磁通量发生变化。【缺一不可】3.3产生感应电流的条件3.3产生电磁感应现象的条件：①两种不同表述a．闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动b．穿过闭合电路的磁场发生变化产生感应电流的条件3.34产生电磁感应现象的条件：②两种表述的比较和统一a．两种情况产生感应电流的根本原因不同闭合电路中的一部分导体与磁场发生相对运动时，是导体中的自由电子随导体一起运动，受到的洛伦兹力的一个分力使自由电子发生定向移动形成电流，这种情况产生的电流有时称为动生电流。穿过闭合电路的磁场发生变化时，根据电磁场理论，变化的磁场周围产生电场，电场使导体中的自由电子定向移动形成电流，这种情况产生的电流称为感应电流或感生电流。b．两种表述的统一两种表述可统一为穿过闭合电路的磁通量发生变化。产生感应电流的条件3.3产生电磁感应现象的条件：③产生电磁感应现象的条件不论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有电流产生。条件：a．闭合电路；b．一部分导体；c．做切割磁感线运动条件：a．闭合电路；b．一部分导体；c．做切割磁感线运动产生感应电流的条件3.3感应电流方向影响的因素在电磁感应现象中，感应电流的方向跟导体切割磁感线运动的方向和磁感线方向有关，若改变导体运动方向与原运动方向相反，或将磁感线方向改为与原方向相反，则感应电流方向将与原方向相反；若导体运动方向和磁感线方向都变为和原来相反，则感应电流的方向不变产生感应电流的条件3.4磁场和磁场强度磁铁周围由磁力作用达到的范围称为磁场。磁场某点的磁感应强度B和同一点上的磁导率μ的比值称为该点的磁场强度或称磁化力，以H表示。磁场强度的单位为A／m用公式表示即：H=B／μμ亦称磁介质的磁导系数，它与磁介质的性质有关，各种不同的磁介质有不同的磁导率。相关概念3.4磁力线磁力作用的线迹称为磁力线。磁力线具有以下特性：（1）在磁钳外部的磁力线是从北极N到南极S，磁铁内部的磁力线是从南极S到北极N。（2）磁力线都形成闭合的回路，不中断、不交叉、不重叠。（3）磁力线具有力求缩短其距离的倾向。（4）同方向的磁力线相斥，异方向的磁力线相吸。基本概念在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S。(1)定义：在匀强磁场中，磁感应强B与垂直磁场方向的面积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通。定义式：Φ=BS当平面与磁场方向不垂直时：Φ=BS⊥=BScosθ（θ为两个平面的二面角）垂直穿过某个面的磁感线条数表示穿过这个面的磁通量。在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。1Wb=1T•1m2=1V•s磁通量是标量，但是有正负之分。3.4磁通量相关概念在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S。(1)定义：在匀强磁场中，磁感应强B与垂直磁场方向的面积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通。定义式：Φ=BS当平面与磁场方向不垂直时：Φ=BS⊥=BScosθ（θ为两个平面的二面角）垂直穿过某个面的磁感线条数表示穿过这个面的磁通量。在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯，简称韦，符号是Wb。1Wb=1T•1m2=1V•s磁通量是标量，但是有正负之分。3.4磁通量相关概念3.4磁饱和相关概念钢、铁等磁化物质在磁化过程中磁通或磁通密度最初增加很快，随着磁化物质内部磁性的增加，磁通密度的增长逐渐减慢，最后当磁化力已达很大时，磁通基本上不再增加，此时称磁化物质已处于磁饱和状态。3.4励磁、剩磁、磁滞相关概念对环绕铁磁物质的线圈通以电流使其磁化的现象称为励磁。当把铁磁物质放人通电螺管线圈磁化后，若把电流切断，这时线圈中的电流磁场将会立即消失，然而磁体内的磁感应强度并不完全消失，而是在相当长时间内保留着磁性，这种剩下来的磁性称为剩磁。铁磁物质在磁化过程中磁通密度的变化总是落后于磁化力，这种现象称为磁滞。3.5感应电动势(1)定义：在电磁感应现象中产生的电动势，叫做感应电动势。方向是由低电势指向高电势。(2)产生感应电动势的条件：穿过回路的磁通量发生变化。(3)物理意义：感应电动势是反映电磁感应现象本质的物理量。(4)方向规定：内电路中的感应电流方向，为感应电动势方向。(5)反电动势：在电动机转动时，线圈中也会产生感应电动势，这个感应电动势总要削弱电源电动势的作用，这个电动势称为反电动势。感应电动势3.5感应电动势的产生导体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中的自由电子因磁场力的作用而沿导线向一定方向移动，其结果使导体的一端聚集着较多的自由电子而呈现出负电荷；另一端则由于失去电子而呈现出正电荷，导体两端因出现这些电荷而产生了电位差，这就是导体上的感应电动势。感应电动势3.5感应电动势的大小（1）与切割磁力线的导体有效长度L成正比。（2）与切割磁力线的导体的运动速度υ成正比。（3）与磁场的磁通密度B的大小成正比。（4）与导体切割磁力线的角度有关：当导体的运动方向与磁力线方向垂直时，感应电动势最大；导线的运动方向与磁力线方向平行时，感应电动势为零。感应电动势3.5自感和自感电势自感，在一个闭合的回路中，当通过的电流方向或大小发生变化时，在导体周围所产生的磁场也发生变化。因变化的磁通而使本回路中同时产生感应电动势的现象称自感现象。其电动势称为自感电势。感应电动势3.5自感和自感电势自感电动势的方向可由楞次定律来确定。当回路中电流增大时，由它产生的磁通也相应增加，此时自感电动势的方向阻碍磁通的增加，与回路电流方向相反。当回路中电流减小时，引起磁通减少，其自感电动势阻碍着磁通减小，与回路电流方向相同。由于自感电势的存在，使回路中接通电路的瞬间电流不能立即达到最大值；当切断电路时，电流不能立即降到零。自感电势的大小决定于磁通变化的速度，这个变化速度除与电流变化速度有关外，还与原有磁场有关，如在线圈匝数较多，或在线圈中加入铁心时，则可产生较高的自感电动势。感应电动势3.5互感和互感电势若有两个线圈彼此靠近，形成两个独立回路，其中一个回路通过变化的电流，线圈周围产生变化的磁场，磁场切割相邻线圈，使相邻线圈同时产生感应电动势，这种现象称为互感，其电动势称为互感电势。感应电动势3.6电磁感应加热器电磁感应现象的应用电磁感应加热的原理电磁感应加热的原理是感应加热电源产生的交变电流通过感应器（即线圈）产生交变磁场，导磁性物体置于其中切割交变磁力线，从而在物体内部产生交变的电流（即涡流），涡流使物体内部的原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能，从而起到加热物品的效果。即是通过把电能转化为磁能，