汽车电工电子技术课件 任务2常见电磁现象及定律

4.2常见电磁现象及定律演讲人

4.2.1电流的磁效应由电流产生磁场的现象叫做电流的磁效应。对于直线电流、环形电流和通电螺线管周围的磁场（磁感线）的方向可用安培定则判定。

如图4.6所示是直线电流的磁场。直线电流磁场的磁感线是一些以导线上各点为圆心的同心圈，这些同心圆都在与导线垂直的平面上。直线电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系用安培定则来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指的方向跟电流方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

如图4.7所示是环形电流的磁场。环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线。在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直。环形电流的方向跟它的磁感线方向之间的关系，也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。4.2.1电流的磁效应如图4.8所示是通电螺线管的磁场。螺线管通电以后表现出来的磁性，很像是一根条形磁铁，一端相当于N极，另一端相当于S极，改变电流方向，它的两极就对调。通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线相似，也是N极出来，进入S极的。通电螺线管内部具有磁场，内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由S极指向N并和外部的磁感线连接，形成一些闭合曲线。通电螺线管的电流方向跟它的磁感线方向之间的关系，也可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指方向跟电流的方向一致，那么大拇指所指方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的N极。图4.6直线电流的磁场

图4.7环形电流的磁场

图4.8通电螺线管的磁场

4.2.2电磁力定律实验表明，将长度为l的导体置于磁场B中，通入电流I后，导体会受到力的作用，称为电磁力。其计算公式为𝐹=𝐵𝐼𝑙sin𝜃

式中θ是电流I方向与磁感应强度B方向的夹角，显然，当磁场与载流导体相互垂直时，电磁力有最大值。这就是通常所说的电磁力定律，也叫毕奥萨伐电磁力定律。式中电磁力F、磁场B和载流导体I的方向由左手定则确定：伸出左手，使大拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直进入手心，并使四指指向电流方向，这时手掌所在的平面与磁感线和导线所在的平面垂直，大拇指所指的方向就是通电导线在磁场中受力的方向。4.2.3电磁感应一、磁场中运动导体的电磁感应如图4.9所示，当导体AB在磁场静止不动或沿磁感线方向运动时，闭合回路的磁通不产生变化，电流表指针不偏转，电路中没有电流。而当导体AB在磁场中切割磁感线运动时闭合电路内磁通发生变化（增加或减小)，电流表指针发生偏转，这表明闭合电路内产生了感应电流，也表明导体AB产生了感应电动势。

设磁感应强度为B，当长度为1的直导体以大小为v的线速度切割磁感线时，导体中产生的感应电动势公式为

𝐸=𝐵𝑙𝑣sin𝜃

式中，𝜃为磁感应强度B与切割速度v方向的夹角。显然，当𝜃=0时，导体不切割磁场，所以感应电势为零；当𝜃=𝜋/2时，导体垂直切割磁场，感应电动势最大。上式中，B的单位是T(特),1的单位是m（米)，v的单位是m/s（米/秒)，感应电动势E的单位是V（伏)。4.2.3电磁感应感应电动势的方向由负极指向正极。E、B和v的关系可用如图4.10所示右手定则确定，即伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线穿过掌心，大拇指指向运动的方向，则四指的指向即为导体内感应电动势或感生电流的方向。图4.9切割磁力线运动

图4.10右手定则4.2.3电磁感应二、线圈中磁场变化时的电磁感应法拉第通过实验发现，线圈中感应电动势的大小与下列因素有关：（1）在一定的时间内，与线圈交链的磁通的变化量越大，感应电动势越大。（2）在磁通变化量一定的条件下，这种变化所经历的时间越短，感应电动越大。（3）在其他条件不变的情况下，线圈的匝数越多，感应电动势越大。

综上所述，感应电动势用数学公式表示为e=N|dΦ/dt|这就是法拉第电磁感应公式，它表明感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，与线圈的匝数N成正比。式中，磁通𝛷的单位是Wb(韦伯)，时间t的单位是s（秒)，电动势的单位是V（伏）。

为了解决电动势的方向问题，楞次通过大量实验证明，当磁链变化时，导体内部的自由电子受力向线圈一端移动，在该端便积累有正电荷。楞次观察到下列情况。4.2.3电磁感应（1）磁通方向和线圈绕向如图4.11所示，当磁通Φ增加时，dΦ/dt>0时，正电荷移向B端，负电荷积累在A端，电动势方向由A指向B。（2）线圈绕向方向和磁通不变，磁通Φ减小时，dΦ/dt<0时，电动势方向相反（正电荷移向A端)。对于这一现象，楞次认为：当磁通增加时，电荷受力移动也产生磁场，该磁场方向与原磁场方向相反，阻碍