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1、第二章 磁与电磁,第一节 电流的磁场 第二节 磁场对电流的作用 第三节 磁导率及铁磁材料 第四节 电磁感应,1.了解磁场的基本概念，理解磁感应强度、磁通、磁导率的概念。 2.掌握磁场的产生及磁场（或磁力线）方向的判断。 3.掌握磁场对通电直导体的作用及方向的判断。 4.了解铁磁材料的性质。 5.理解电磁感应定律，掌握感应电动势的计算公式。 6.了解自感现象和互感现象及其在实际中的应用。 7.理解互感线圈的同名端概念。,知识目标,1.能用右手螺旋定则（安培定则）判断磁场方向。 2.能用左手定则判断电磁力方向。 3.能正确判断导体中感应电动势的方向。 4.能会正确判断绕组的同名端。,技能目标,一、
2、磁的基本知识,（1）磁性：能吸引铁、钴、镍等金属或他们的合金的性质。,（2）磁铁的主要性质,1）磁铁的两端磁性最强，叫磁极； S表示南极深红色， N表示北极绿色或白色）,3）任何磁体都具有两个磁极 N极和S极总是成对出现的,2）磁极间的相互作用力叫磁力 同性磁极相斥，异性相吸,1. 磁铁及其特性,第一节 电流的磁场,2.磁场与磁力线,图2-2 磁力线 a)磁力线 b)磁力线方向,特点： 1）磁力线是互不交叉的闭合线。（在磁体外部，N极指向S极在磁体内部，S极指向N极） 2） 磁力经上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向 3）磁力线越密，磁场越强，磁力线越疏，磁场越弱。 均匀磁场：磁力线均匀分
3、布且相互平行，反之称非均匀磁场,磁力线：描述磁场强弱和方向的虚拟线。,指南针是我国古代劳动人民的四大发明之一，也是中华民族对世界文明做出的一项重大贡献，被应用到军事、生产、日常生活、地形测量等方面，特别是航海上。你知道它是根据什么原理研制而成的吗？,想一想,二、电流的磁场,通电导体周围与永久磁铁一样也存在着磁场的现象。,电流的磁效应,产生磁场的根本条件：电流,电流越大，它所产生的磁场就越强，电流和磁场有着不可分割的联系，磁场总是伴随着电流存在， 而电流永远被磁场所包围。,通电直导体的磁场,图2-3 通电直导体产生的磁场,右手握住导体，用大拇指指向电流方向，则弯曲四指的方向就是磁场方向。,方向：
4、判断方法,安培定则（又称右手螺旋定则）,想一想,奥斯特实验如图2-5所示,请回答下列问题： 1.小磁针在什么情况下偏转？什么情况下不偏转？ 2.小磁针为什么会偏转？ 3.小磁针偏转的方向跟什么因素有关？ 4.奥斯特实验用的是一根直导线，那么一根直导线通电后有多大的磁性？实际应用大吗? 5.那么用什么方法可以增强通电导体的磁性？,图2-5 奥斯特实验,图2-4 通电线圈产生的磁场 a）磁力线 b）右手螺旋定则,方向：判断方法,右手握住线圈，以弯曲的四指表示电流方向，则拇指所指的方向就是磁场方向。,2）螺管线圈产生的磁场,安培定则（又称右手螺旋定则）,结构 交流接触器不但能用于正常工作时不频繁地接
5、通和断开电路，而且当电路发生过载、短路或失压等故障时，能自动切断电路，有效地保护串在它后面的电气设备。它主要由电磁系统、触头系统、灭弧装置及其他部件四部分组成，如图2-6所示。,图2-6 交流接触器 a)外形 b)内部结构,a),b),小知识,交流接触器,当交流接触器的电磁线圈通电后，产生磁场，使静铁心产生足够的吸力，克服反作用弹簧与动触头压力弹簧片的反作用力，将衔铁吸合，使动触头和静触头的状态发生改变，其中三对常开主触头闭合。常闭辅助触点首先断开，接着，常开辅助触点闭合。当电磁线圈断电后，由于铁心电磁吸力消失，衔铁在反作用弹簧作用下释放，各触头也随之恢复原始状态。,工作原理,第二节 磁场对电
6、流的作用,一、磁场对通电直导体的作用,通电直导体在磁场中受到力的作用。该力称为电磁力。 大小：F=BL（F） 方向：用左手定则判断 左手定则：平伸左手放入磁场中，四指垂直拇指，使磁力线垂直地进入手心，四指指向电流方向，拇指即为通电导体所受电磁力方向电动机定则。,图2-7 磁场对通电直导体的作用 a)导体与B方向夹角为时 b）左手定则,1通电导体在磁场中的受力方向与什么因素有关？怎样改变通电导体在磁场中的运动方向？,想一想,2通电导体在磁场中受力而运动是消耗了（ ）能，得到了（ ）能。,二、磁场对通电线圈的作用,作用力 在均匀磁场中放置一个可以转动的通电矩形线圈abcd，如图2-8所示。磁场将对
7、通电 线圈产生一个电磁转矩，使 线圈绕轴线转动。,右手握住线圈，以弯曲的四指表示电流方向，则拇指所指的方向就是磁场方向。,判断方法,图2-8 磁场对通电线圈的作用,直流电动机由定子与转子（电枢）两大部分组成，定子部分包括机座、主磁极、换向极、端盖、电刷等装置；转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、风扇等部件把电刷A、B接到直流电源上，假定电流从电刷A流入线圈，沿abcd方向，从电刷B流出。由电磁力定律可知，载流的线圈将受到电磁力的推动，其方向按左手定则确定，ab边受力向左，cd受力向右，形成转矩，结果使电枢逆时针方向转动，如图2-9b所示。,图2-9 直流电动机 a)外形图 b)原理图
8、,电动机要能连续转动，怎么办？,小知识,常用的电工仪表，如电流表、电压表，万用表等指针的偏转，电动机会旋转，就是根据这一原理制成的，因而这一原理被称为电动机定则。,想一想,通电线圈不能连续转动，而实际电动机要能连续转动，怎么办？,应用,两根平行且靠近的通电导体，相互之间都要要受到对方电磁力的作用。 电磁力的方向可用图2-7所示的方法来判断。 先判断每根通电导体产生的磁场方向，再用左手定则来判断另一根通电导体所受到的电磁力方向。 两根平行导体的电流方向相同时（图2-10a），相互吸引；电流方向相反时（图2-10b）相互排斥。,三、通电平行导体之间的相互作用,图2-10 通电平行导体间的相互作用
9、a)电流同向 b)电流反向,结论,四、磁场中的几个物理量,1磁通,通过与磁场方向垂直的某一面积上磁力线的总数。用字母表示，其单位是wb（韦伯）。,2磁感应强度,垂直通过单位面积的磁力线数目，叫该点的磁感强度。用字母B表示，单位是特斯拉，简称特（T）。 在均匀磁场中，磁感应强度,3磁场强度,磁场中某一点的磁感线强度B与介质导磁率的比值，称为该点的磁场强度，用H表示，即,磁场强度的方向和和所在点的磁感线强度方向一致。单位为安/米（A/m）。,一、磁导率,用来表征物质磁性能的物理量，用字母表示，单位为享/米（H/m）。,真空的磁导率0=410-7H/m，且为一常数。,把某种物质的磁导率与真空中磁导率
10、0的比值叫做物质的,用字母r表示，即r=/0。r /只是一个比值，无单位。,相对磁导率,第三节 磁导率及铁磁材料,表2-2 根据物质相对磁导率不同对物质的分类,表2-1不同材料的相对磁导率,1铁磁材料具有以下共同的性质 能被磁体吸引；磁化后有剩磁，能形成磁体；磁感应强度B有一个饱和值；具有磁滞损耗；磁导率比非铁磁物质大很多倍，并且不是一个常数。,二、铁磁材料的性质、分类及用途,2铁磁材料分类 根据用途不同铁磁材料可以分为三大类,表2-3 磁性材料分类特点及用途,电机铁心,扬声器,读卡器芯片,内置天线,磁性磨盘,计算机中硬盘,微航内置天线采用有机磁性材料作为骨架绕线而成，具有磁性强度、线圈线径、
11、线距和绕制方式多种可调参数，体积小，增益高、带宽、频率漂移小。应用在手机、音响、平板电脑、数码相机、MP3，MP4等便携式产品中。,小知识,第四节 电磁感应,当导体垂直于磁力线作切割运动时，检流计的指针发生偏转，说明此时回路中有电流存在,当导体平行于磁力线方向运动时，检流计不发生偏转，此时回路中无电流存在。,一、电磁感应现象及产生条件,实验一,1.电磁感应现象,图2-11 直导体的电磁感应,增反,减同,图2-12 条形磁铁插入和拔出线圈时产生感应电流,实验二,当导体切割磁力线或线圈中磁通发生变化时，在直导体或线圈中都会产生感应电动势；若导体和线圈是闭合的，就会有感应电流。,3.产生电磁感应的条
12、件,一种是导体与磁场之间发生相对切割运动，另一种是线圈中的磁通量发生变化。,2.电磁感应,二、直导体中的感应电动势,1感应电动势的大小,在均匀磁场中，作切割磁力线的直导体，其瞬时感应电动势e的大小与磁感应强度B，导体的有效长度L，导线运动以速度v及导体运动方向与磁力线之间夹角的正弦值成正比。,即,（2-2）,式中 B磁感应强度，单位为特T； v导体运动速度，单位为米/秒m/s； 导体与磁力线方向的夹角； L导体的有效长度，单位为米m； e感应电动势，单位为伏特V。,=90。sin90=1，感应电动势最大； =0，sin90=0，此时感应电动势最小为零。,从能量角度考虑，导体在磁场中作切割磁感线
13、运动时，将（ ）能转化为( )能。,想一想,2直导体中感应电动势的方向（用右手定则来判断）,图213 右手定则,伸平右手，让拇指与其余四指垂直并同在一个平面内，使磁力线穿过掌心，拇指指向切割运动方向，则其余四指的指向就是感应电动势的方向（从低电位指向高电位）。,三要素,掌心向着磁力线,拇指切割运动方向,四指感应电动势的方向,三、线圈中的感应电动势,楞次定律：感应电流产生的磁通总是企图阻碍原磁通的变化。,1.感应电动势的方向（由楞次定律和右手螺旋定则来确定）,利用楞次定律判断感应电动势和感应电流的方向，步骤如下： 1）确定原磁通的方向及其变化趋势（增加或减少）； 2）由楞次定律确定感应电流的磁通
14、方向是与原磁通同向还是反向； 3）根据感应电流产生的磁通方向，用右手螺旋定则确定感应电动势的方向或感应电流方向。,必须把线圈看成一个电源，在线圈内部，感应电动势的方向由负极指向正极，感应电流的方向与感应电动势的方向相同。,注意,增反减同,“（原）增（感）反；（原）减（感）同”,图2-14 收录机 a)外形 b)组成框图,小知识,如图2-14所示为收录机，用于记录声音的器件是磁头和 磁带。磁头由环形铁心、绕在铁心两侧的线圈和工作气隙组成。收录机中的磁头包括录音磁头和放音磁头。声音的录音原理利用了磁场的特点与性质，首先将声音变成电信号，然后将电信号记录在磁带上；放音原理同样利用磁场的特点与性质，将
15、记录在磁带上的电信号变换成声音播放出来。,2感应电动势的大小,1）法拉弟电磁感应定律,线圈中感应电动势的大小，与线圈中磁通量的变化快慢（即变化率）和线圈的匝数N的乘积成正比。,2）数学表达式,（2-3）,式中 N线圈的区数； 一匝线圈的磁通变化量，单位为韦伯wb； N匝线圈的磁通变化量，单位为韦伯wb； t磁通变化所需要的时间，单位为秒s； e在t时间内感应电动势的平均值，单位为伏特V。,负号表示感应电流所产生的磁通总是企图阻止原来磁通的变化。,图2-15 直流发电机原理图,直流发电机在原动机的拖动下电枢逆时针旋转，电枢上的导体切割磁场产生交变电动势，再通过换向器的整流作用，在电刷间获得直流电
16、压输出，从而实现了将机械能转换成直流电能的目的，如图2-15所示。,小知识,四、自感,1自感现象,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叫自感现象，简称自感。由自感产生的感应电动势称为自感电动势，用eL表示。,在图2-16a所示的电路中，当开关S合上瞬间，灯泡EL1立即正常发光，此后灯的亮度不发生变化；但灯泡EL2的亮度却是由暗逐渐变亮，然后正常发光。在图2-16b所示的电路中，当开关S打开瞬间，S的刀口处会产生火花。上述现象是由于线圈电路在接通和断开瞬间，电流发生从无到有和从有到无的突然变化，线圈中产生了较高的感应电动势。,图2-16 自感电路 a)闭合开关S b)断开开关S,2自感系数,定义：线圈中通过每单位电流所产生的自感磁通数，称为自感系数，也称电感，用L表示。,数学表达式：,（2-4）,式中 流过N匝线圈的电流i时所产生的自感磁通，单位为韦伯wb； i流过线圈的外电流，单位为安A； L电感，单位为亨H。,电感L的大小不但与线
