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1、第3章 磁场与电磁感应,3.1 磁场 3.2 磁场的主要物理量 3.3 磁场对电流的作用 3.4 磁化与磁性材料 3.5 电磁感应 3.6 自感与互感 3.7 技能训练：验证楞次定律,内 容,3.1 磁场,3.1.1 磁场的基础知识 3.1.2 电流的磁场 3.1.3 电磁铁,4. 磁力 磁极间的相互作用力称为磁力。 5. 磁场 磁体周围磁力作用的空间称为磁场。 磁场方向：在磁场中，小磁针静止时N极所指的方向就是磁场方向。,6. 磁感线 (1)定义： 为了直观地把磁场描绘出来，通常引用一些曲线，这些表示磁场状态的曲线称为磁感应线，简称为磁感线。,(2)磁感线的特征： A.磁感线是互不相交的闭合
2、曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极。 B.磁感线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向。 C.磁感线越密集的地方磁场越强，磁感线越疏的地方磁场越弱。,3.1.2 电流的磁场,1. 电流的磁效应 电流能产生磁场的现象，称为电流的磁效应。 2. 电流的磁场 (1)通电直导体的磁场-安培定则（右手螺旋定则） 用右手握住直导体，让伸直的大拇指所指的方向与电流方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。,(2)通电螺线管的磁场-安培定则（右手螺旋定则） 用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与电流方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向，也就是通电螺线管
3、的N极。,1. 电磁铁的概念 应用电流产生磁场的原理，利用磁能吸引铁的特性而制成的一种电器称为电磁铁。,3.1.3 电磁铁,2. 电磁铁的结构 一般由励磁线圈、铁心和衔铁三个主要部分组成。 3. 电磁铁的工作原理 当励磁线圈中通过一定数值的电流时，铁心被磁化并对衔铁产生电磁吸力，将衔铁吸向铁心。线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁借助反作用弹簧的作用力返回原来位置（复位）。 4. 电磁铁的种类 (1)按励磁电流的不同分为：直流电磁铁和交流电磁铁。 (2)按用途和结构特点分为：起重用电磁铁和控制、保护用电磁铁。,5. 电磁铁的特点 动作迅速、灵敏、容易控制。,3.2 磁场的主要物理量,3.2.1 磁通
4、 3.2.2 磁感应强度 3.2.3 磁导率 3.2.4 磁场强度,3.2.1 磁通（ ）,通过与磁场方向垂直的某一面积上的磁感线的总数，称为通过该面积的磁通量，简称磁通。 单位：韦伯（Wb）,F,3.2.2 磁感应强度（B）,1. 磁感应强度 与磁场方向垂直的单位面积上的磁通，称为磁感应强度。,单位：特斯拉（T） 方向：磁感线上某点的切线方向，就是该点磁感应强度的方向。,2.均匀磁场 若磁场中各点的磁感应强度的大小和方向都相同，这种磁场称为均匀磁场。,3.2.3磁导率（）,1. 磁导率 磁导率是衡量物质导磁性能的物理量。 单位：亨利/米（H/m） 真空中的磁导率0 = 410-7H/m 2.
5、 相对磁导率（ r ） 任一物质的磁导率与真空中磁导率的比值称为相对磁导率。,3. 物质的种类,(2)反磁物质（r稍小于1）：如氢、铜等,(1)顺磁物质 (r稍大于1）：如空气、铝、铬、铂等,(3)铁磁物质（r远大于1）：如铁、镍、钴及其合金等,表3.1 几种常用铁磁物质的相对磁导率,3.2.4 磁场强度,1. 磁感应强度,通电线圈在真空中的磁感应强度,通电线圈在某种媒介质中的磁感应强度,2. 磁场强度（H） 磁场中某点的磁感应强度B与媒介质的磁导率 的比值，称为该点的磁场强度。,单位：安培/米（A/m） 磁场强度的数值只与电流的大小及导线的形状有关，而与磁场媒介质的磁导率无关。,【综合案例】
6、,一空心环形螺管线圈，匝数为103匝，内径为0.2m，外径为0.3m，当流入5A的电流时，试求线圈的H、B、值。,解：螺管线圈的平均长度,螺管线圈的横截面积,磁场强度,磁感应强度,磁通,3.3 磁场对电流的作用,3.3.1 磁场对通电直导体的作用 3.3.2 磁场对通电线圈的作用,3.3.1 磁场对通电直导体的作用-电磁力,载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力。,：导体与磁感线方向间的夹角,方向：用左手定则来判断 将左手伸平，拇指与四指垂直且在一个平面上，让磁感线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所指方向就是导体的受力方向。,则导体受到的作用力,3.3.2磁场对通电线圈的作用-转矩,转矩
7、,（：线圈平面与磁感线的夹角）,单位：牛顿米（Nm）,【综合案例】,在磁感应强度为0.2T的均匀磁场中，放置一个刚性矩形线圈，其匝数 N=50，线圈的长和宽各为 30cm、20cm，若通过的电流为5A，求当线圈平面与磁感应强度方向分别成0、60、90时的电磁转矩。,解：（1）当=0时,（2）当=60时,（3）当=90时,3.4 磁化与磁性材料,3.4.1 物质的磁化 3.4.2 磁性材料的分类,3.4.1 物质的磁化,1. 磁化的概念 使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化，凡是铁磁物质都能被磁化。,2. 磁化曲线 铁磁物质（铁心）的B随H变化的关系曲线，称为磁化曲线。,3. 磁滞回线 (
8、1)磁滞回线 通过反复磁化得到的BH关系曲线，称为磁滞回线。,(2)磁滞 铁磁材料在反复磁化的过程中，磁感应强度B的变化总是落后于磁场强度H的变化，这一现象称为磁滞。磁滞形成的原因是由于铁磁材料中磁分子的惯性和摩擦造成的。 (3)磁滞损耗 铁心在反复磁化的过程中，由于要不断克服磁畴惯性将损耗一定的能量，称为磁滞损耗。,3.4.2 磁性材料的分类,3.5 电磁感应,3.5.1 电磁感应现象及其产生条件 3.5.2 法拉第电磁感应定律 3.5.3 楞次定律,3.5.1 电磁感应现象及其产生条件,1电磁感应 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。 2感应电动势 由电磁感应产生
9、的电动势称为感应电动势。 3感应电流 由感应电动势引起的电流称为感应电流。 4产生电磁感应的条件：通过线圈回路的磁通必须发生变化。,3.5.2 法拉第电磁感应定律,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，这一规律称为法拉第电磁感应定律。,2直导体的感应电动势：,（：导体运动方向与磁感线的夹角 ）,当=0时，即导体运动方向与磁感线平行，则=0，,当=90时，即导体垂直于磁感线运动，则=lv（最大）,【例3.2】一个600匝的线圈，在0.1s时间内，线圈的磁通由0增加到510-4Wb，求线圈的感应电动势。,解： 线圈的感应电动势为,【综合案例】,（1）感应电动势e的大
10、小； （2）感应电流I的大小； （3）电阻R消耗的功率。,解：（1）感应电动势的大小为,（3）电阻R消耗的功率为,3.5.3 楞次定律,1. 楞次定律 感应电流产生的磁场总是阻碍原磁通的变化。也就是说，当线圈中的磁通增加时，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。 2. 判断感应电动势或感应电流方向的具体方法是： (1) 明确原磁通的方向及其变化的趋势（是增加还是减少）。 (2) 根据楞次定律确定感应电流产生磁通方向。如果原有磁通的变化趋势是增加，则感应磁通与原有磁通方向相反；反之，如果原有磁通的变化趋势是减少，
11、则感应磁通与原有磁通方向相同。 (3) 根据感应磁通方向，应用安培定则（右手螺旋定则）判断出线圈中感应电动势或感应电流的方向。,3. 直导体中感应电动势的方向-右手定则 伸平右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线穿过手心，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。,【案例3.1】试分析条形磁铁插入和拔出线圈的感应电流的方向。,3.6 自感与互感,3.6.1 自感 3.6.2 互感 3.6.3 涡流,3.6.1 自感,1. 自感 由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应称为自感。 2. 自感电动势（eL） 由自感产生的感应电动势称为自感电动势。,大小：,式中： L线圈的
12、电感，单位为亨利（H）,方向：用楞次定律来判断。,3.6.2 互感,1. 互感 由于一个线圈的电流发生变化而在另一个线圈中产生电磁感应称为互感。,2. 互感电动势,由互感产生的感应电动势称为互感电动势。,大小：,式中： M线圈的互感系数，单位为亨利 (H) 方向：用楞次定律来判断,【例3.3】两个电感线圈的电感分别为L1=0.64H，L2=0.25H，它们之间的互感系数为M=0.2H，当线圈L1中的电流变化率为2A/s时，试求： （1）线圈L1中的自感电动势； （2）线圈L2中的互感电动势。,解：（1）线圈L1中的自感电动势为,（2）线圈L2中的互感电动势为,1. 涡流 在整块铁心的周围绕有线圈，当线圈中通以交变电流时，就会产生交变的磁场，处在该交变磁场中的铁心就要产生自成回路的感应电流，这种感应电流形如水中的漩涡，故称为涡流。,3.6.3 涡流,2. 应用：高频感应炉、电度表,
