第二章-磁场与电磁感应

第二章磁场与电磁感应磁场及其基本物理量§2—1电磁感应定律§2—2自感与互感§2—3第二章磁场与电磁感应§2—1 磁场及其基本物理量第二章磁场与电磁感应一、磁体及其性质某些物体能够吸引铁、镍、钴等金属或它们的合金的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体。磁体分为天然磁体和人造磁体两大类。常见的人造磁体有条形磁体、蹄形体和磁针等，如图所示。常见人造磁体a）条形磁体 b）蹄形磁体 c）磁针第二章磁场与电磁感应磁体两端磁性最强的部分称为磁极。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，其具体规律是：同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。磁极都是成对出现的第二章磁场与电磁感应二、磁场与磁感线1.磁场两个磁极互不接触，却存在相互作用的力，这是为什么呢？原来在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质——磁场，磁极之间的作用力就是通过磁场进行传递的。用铁屑模拟磁场分布第二章磁场与电磁感应2.磁感线磁场的分布常用磁感线来描述，如图所示。磁感线a）条形磁体的磁感线 b）蹄形磁体的磁感线第二章磁场与电磁感应所谓磁感线，就是为形象地描述磁场的强弱和方向而在磁场中画出的一些有方向的假想曲线。磁感线的方向定义为：在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。磁感线是闭合曲线。在磁场的某一区域里，如果磁感线是一些方向相同、分布均匀的平行直线，这一区域和磁场称为均匀磁场。均匀磁场磁感线方向与磁场方向第二章磁场与电磁感应三、电流的磁场不仅磁体能产生磁场，电流也能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。电流所产生磁场的方向可用右手螺旋定则（也称安培定则）来判断。通电直导线的磁效应 通电线圈的磁效应第二章磁场与电磁感应1.通电直导线产生的磁场如图a所示，用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，则弯曲的四指所指的方向就是磁场的方向。2.通电螺线管产生的磁场如图b所示，用右手握住通电螺线管，让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致，则大拇指所指的方向就是螺线管内部磁场的方向，也就是通电螺线管的磁场N极的方向。第二章磁场与电磁感应电流的磁场a）直线电流的磁场 b）环形电流的磁场第二章磁场与电磁感应四、表征磁场的物理量1.磁感应强度磁体在磁场中会受到力的作用，电流能产生磁场，它相当于一个磁体，如果把这个磁体放到另一个磁场中，它一定会受到力的作用。磁场对通电导体作用的实验第二章磁场与电磁感应实验结果表明，电流在磁场中所受电磁力的大小F，既与导线长度

l成正比，又与电流I

成正比，即与I和l

的乘积Il

成正比。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，即式中 B——磁感应强度，T；

F——通电导体受到的电磁力，N；

I——导体中的电流，A；

l——导体在磁场中的有效长度，即在磁感线垂直方向上的投影长度，m。磁感应强度的单位是特斯拉，简称特（T）。第二章磁场与电磁感应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。第二章磁场与电磁感应2.磁通设在磁感应强度为B

的均匀磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，如图所示，把B与S

的乘积定义为穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用Φ

表示磁通，则有Φ=BS磁通的单位是韦伯（Wb），简称韦。从Φ = BS，可以得到 。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，单位为Wb/m2。第二章磁场与电磁感应均匀磁场通过与其垂直的平面第二章磁场与电磁感应3.磁导率（1）概念磁导率就是一个用来表示媒介质导磁性能的物理量，用μ

表示，其单位为亨/米（H/m）。由实验测得真空中的磁导率μ0 = 4π×10-7 H/m，为一常数。为了比较媒介质对磁场的影响，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，即第二章磁场与电磁感应（2）按照相对磁导率分类其中，顺磁物质与反磁物质一般被称为非铁磁性材料。物质按照相对磁导率的分类第二章磁场与电磁感应（3）磁化及应用使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。当外磁场消失后，磁畴又呈杂乱无章状的现象称为退磁。铁磁物质的磁化a）不显磁性的磁畴 b）被磁化的磁畴第二章磁场与电磁感应铁磁材料的用途第二章磁场与电磁感应§2—2 电磁感应定律第二章磁场与电磁感应一、感应电流的产生及方向判断1.电磁感应现象手摇发电电筒的结构原理示意图1—聚焦镜片 2—电筒壳体 3—灯泡（发光二极管）4—电路板 5—铜片开关 6—预留的电池仓 7—橡胶减振圈 8—线圈 9—强力磁铁第二章磁场与电磁感应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。电磁感应实验a）磁铁插入线圈 b）磁铁拔出线圈第二章磁场与电磁感应2.利用楞次定律判断感应电流方向磁铁的插入和拔出导致线圈中的磁通发生了变化，这是线圈回路中产生感应电动势和感应电流的根本原因。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。第二章磁场与电磁感应二、感应电动势及方向判断1.法拉第电磁感应定律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。用ΔΦ

表示时间间隔Δt

内一个单匝线圈中的磁通变化量，则一个单匝线圈产生的感应电动势的大小为如果线圈有N

匝，则感应电动势的大小为第二章磁场与电磁感应2.感应电动势的方向和大小导体在磁场中切割磁感线时，如果其运动方向与磁感线方向有一夹角α（见图），则导体中的感应电动势为e = Blvsinα上式中l

为直导体长度，v

为直导体速度。导体切割磁感线产生感应电动势第二章磁场与电磁感应右手定则判断感应电动势方向导体运动方向与磁感线方向夹角α第二章磁场与电磁感应§2—3 自感与互感第二章磁场与电磁感应自感实验电路a）合上开关，HL2比HL1亮得慢 b）断开开关，灯泡闪亮一下才熄灭第二章磁场与电磁感应一、自感现象当线圈中的电流发生变化时，线圈中就会产生感应电动势，这个电动势总是阻碍线圈中原来电流的变化。这种由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用eL

表示，自感电流用iL

表示。第二章磁场与电磁感应二、自感系数与自感电动势1.自感系数为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数（简称自感，也称电感）这一物理量，用L

表示，它在数值上等于线圈中通过单位电流所产生的自感磁通。即式中 N——线圈的匝数；

Φ——每一匝线圈的自感磁通，Wb。L

的单位是亨利，用H表示。常采用较小的单位毫亨（mH）和微亨（μH）。第二章磁场与电磁感应2.自感电动势自感现象是电磁感应现象的一种特殊情况，它同样遵从法拉第电磁感应定律。将NΦ = LI代入eL=，可得自感电动势大小的计算式为第二章磁场与电磁感应三、互感现象和互感电动势由一个线圈中的电流发生变化而使另一线圈中产生电磁感应的现象称为互感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势，用eM