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1、电磁与电磁感应,2 磁性材料的磁性能,1 磁场的基本物理量,3 磁路及其基本定律,4 自感、互感及其应用,1. 磁场的概念,磁体和磁极 指南叫南极,S;指北叫北极,N.同极相吸,异极相斥. 磁场和磁力线 磁力线的意义及特征 电流的磁场 产生磁场的根本原因-电流. 通电直导线周围的磁场 环形电流产生的磁场,1.2、磁场中各点的磁场方向如何描述呢?,将一个小磁针放在磁场中某一点，小磁针静止时，北极N 所指的方向，就是该点的磁场方向.,磁力线(磁感应线),如何形象地描述磁场中各点的磁场方向?,1、定义：,磁力线是在磁场中画出一些有方向的曲线,使曲线上每一点的切线方向都跟这点的磁场(磁感应强度)的方向
2、一致。 磁力线互不相交(相切)的闭合曲线 曲线的疏密程度表示该点的 磁场强弱,磁力线特点,1)磁力线是假想的，不是真实的。 2)磁力线上每一点的切线方向即为该点的磁场的方向。 3)磁力线的疏密表示磁场的强弱。 4)磁力线是闭合曲线。 在磁体的外部磁力线由N极发出回到S极， 内部磁力线则由S极指向N极 5)磁力线不能相交或相切。 磁力线是闭合曲线 电场线不是闭合曲线,外部从N到S,几种常见的磁场,1、条形磁铁,2、蹄形磁铁,3直线电流的磁场的磁感线：,安培定则(1):右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向与电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线环绕的方向.(右手螺旋定则),表示垂直于纸面向里
3、,表示垂直于纸面向外,例1、如图所示,一束带电粒子沿水平方向飞过小磁针的上方,并与磁针指向平行,能使小磁针的N极转向读者,那么这束带电粒子可能是( ) A、向右飞行的正离子束 B、向左飞行的正离子束 C、向右飞行的负离子束 D、向左飞行的负离子束,BC,4、环形电流的磁场的磁感线,安培定则(2):让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向.,正视图,侧视图,例2、如图所示，环形导线周围有三只小磁针a、b、c，闭合开关S后, 三只小磁针N极的偏转方向是( ) A、全向里 B、全向外 C、a向里，b、c向外 D、a、c向外，b向里,D,5通电螺线管的磁
4、场的磁感线,通电螺线管的磁场就是环形电流磁场的叠加.所以环形电流的安培定则也可以用来判定通电螺线管的磁场,这时,拇指所指的方向是螺线管内部的磁场的方向.,等效,例3、如图所示，当开关闭合时: (1)判断通电螺线管的磁极； (2)指出每个小磁针的N、S极.,N,S,安培假说,假说：一切磁现象都起源于电流。在磁性物质分子中， 存在着回路电流，称分子电流，它相当于一个基 元磁铁。若将这些分子电流定向地排列起来，宏 观上显示出N、S 极来。,1、定义： 磁场强弱、方向处处相同的磁场,2、磁力线特点： 是一些间隔相同的平行直线,匀强磁场,2. 磁场的基本物理量,磁通 ：穿过垂直于磁场(B方向)方向的面积
5、S中的磁力线总数。,说明: 如果不是均匀磁场，则取B的平均值。,在均匀磁场中 = B S 或 B= /S,磁通 的单位:韦伯(Wb) 1Wb =1Vs 磁通的连续性原理: 入= 出,适用条件,1)匀强磁场 :B是匀强磁场的磁感应强度.,2)磁场方向垂直平面: BS.,(1)当BS时,(2)当磁场B与面积S不垂直时（),若S与B不垂直.,S sin为垂直于磁场方向的投影面积.,= B S sin,磁通量=0.,例6如图所示,一矩形线框,从.abcd位置移动到abcd位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)( ) A.一直增加 B.一直减少 C.先增加后减少 D
6、.先增加,再减少直到零,然后再增加,然后再减少,a,d,c,b,a,b,d,c,D,磁感应强度,磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。,磁感应强度B的大小:,磁感应强度B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。,磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通,故又称磁通密度。,磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2,均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场，也称匀强磁场。,真空的磁导率为常数，用 0表示，有：,磁导率,磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质 的导磁能力。,相对磁导率 r： 任一种物质的磁导率 和真空
7、的磁导率0的比值。,磁导率 的单位：亨/米（H/m）,环形线圈如图，其中媒质是均匀的，磁导率为，经试验证明此通电螺线管在半径为x处各点的磁感应强度为：,相对于真空的磁感应强度为,磁场强度,介质的影响使得计算复杂,为了简化计算,引入磁场强度。 磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质磁导率 之比。,磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m),因某点磁感应强度为,故相应点磁场强度H为：,可见,磁场内某点的磁场强度 H 只与电流大小、线圈匝数、以及该点的几何位置有关，与磁场媒质的磁性() 无关；而磁感应强度 B 与磁场媒质的磁性有关。,3. 物质的磁性,3.1. 非磁性物质,非磁性物质分子电流的
8、磁场方向杂乱无章，几乎不受外磁场的影响而互相抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁导率都是常数，有：,所以磁通 与产生此磁通的电流 I 成正比，呈线性关系。,当磁场媒质是非磁性材料时，有：,即 B与 H 成正比，呈线性关系。,由于, 0 r 1,B = 0 H,( ),( I ),3.2. 磁性物质,磁性物质内部形成许多小区域，其分子间存在的一种特殊的作用力使每一区域内的分子磁场排列整齐，显示磁性，称这些小区域为磁畴。,在外磁场作用下，磁畴方向发生变化，使之与外磁场方向趋于一致，物质整体显示出磁性来，称为磁化。即磁性物质能被磁化。,磁 畴,外 磁 场,在没有外磁场作用的普通磁性物质中，各个磁畴
9、排列杂乱无章，磁场互相抵消，整体对外不显磁性。,磁 畴,4. 磁性材料的磁性能,高导磁性,磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金，其 r 可达 2105 ) 。 磁性材料能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。,磁性材料主要指铁、镍、钴及其合金等。,磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。,磁性物质的高导磁性被广泛地应用于电工设备中，如电机、变压器及各种铁磁元件的线圈中都放有铁心。在这种具有铁心的线圈中通入不太大的励磁电流，便可以产生较大的磁通和磁感应强度。,按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型： (1)软磁材料 一般用来制造电
10、机、电器及变压器等的铁心。常用的有铸铁、硅钢、坡莫合金即铁氧体等。 (2)永磁材料 一般用来制造永久磁铁。常用的有碳钢及铁镍铝钴合金等。 (3)矩磁材料 在计算机和控制系统中用作记忆元件、开关元件和逻辑元件。常用的有镁锰铁氧体等。,5.磁场对载流导体的作用,载流导体在磁场中所受的作用力称为电磁力(安培力), 电磁力的方向左手定则 伸开左手,使大拇指与四指在同一平面内,并跟四指垂直,让磁力线穿入手心,使四指指向电流方向,这时大拇指方向就是电磁力的方向。 F垂直于B，F垂直于I，F垂直于B和I决定的平面，但B与I不一定垂直。,电磁力的大小,匀强磁场，当B与I垂直时，F=BIL。 当B与I不垂直时，
11、F=BILSin 电流间相互作用：,同向吸引,反向相斥,6. 电磁感应,电流能产生磁场（电流的磁效应）。反之，能否通过磁场产生电流？,1831年英国科学家法拉第通过大量实验证实变化的磁场可以在导体内产生电动势（感应电动势）和电流（感应电流）。称为电磁感应现象。,直导体切割磁力线所产生的电动势大小:,导体运动方向与磁力线垂直:e=Blv,导体运动方向与磁力线不垂直:e=BlvSin 导体运动方向与磁力线的夹角,电磁感应方向,右手定则: 伸开右手,使大拇指与四指在同一平面内,并跟四指垂直,让磁力线穿入手心,使大拇指向导体运动方向,这时四指方向就是感应电动势的方向。,电磁感应定律,1. 电磁感应现象
12、,电磁感应现象,当穿过一个闭合导体回路所包围的面积内的磁通量发生变化时（不论这种变化是由什么原因引起的），在导体回路中就有电流产生。这种现象称为电磁感应现象。,相应的电动势则称为感应电动势。,回路中所产生的电流称为感应电流。,电磁感应现象,法拉第电磁感应定律：,闭合回路中感应电动势的大小等于通过该回路磁通量的时间变化率的负值：,任取回路绕行方向l，回路的单位正法线矢量n由右螺旋定则确定。,沿 方向为正，反之为负。,若线圈由N匝组成：,称为磁通匝链数（磁链）或全磁通。,若通过各匝线圈的磁通量相等：,线圈中的感应电流：,楞次定律,判断感应电流方向的楞次定律: 闭合回路中产生的感应电流具有确定的方向
13、，它总是使感应电流所产生的通过回路面积的磁通量，去补偿或者反抗引起感应电流的磁通量的变化。,楞 次,注意: （1）感应电流所产生的磁通量要阻碍的是磁通量的变化，而不是磁通量本身。,（2）阻碍并不意味抵消。如果磁通量的变化完全被抵消了，则感应电流也就不存在了。,楞次定律,楞次定律是能量守恒与转化定律的必然结果。,7.自感和互感,7.1 自感现象 i1 L HL1 自感电流的方向? i2 R HL2 自感电动势的方向? E S,1、由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象，叫自感现象。 2、自感现象中产生的电动势叫自感电动势。 自感电动势的作用：阻碍导体中原来的电流变化。 注意： “阻碍”不
14、是“阻止”，电流原来怎么变化还是怎么变，只是变化变慢了，即对电流的变化起延迟作用,实验一：,2、再调节变阻器R1使两个灯泡都正常发光。,3、然后断开开关S。灯泡A2立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡A1逐渐亮起来。,1、先合上开关S，调节变阻器R的电阻，使同样规格的两个灯泡A1和A2的明亮程度相同。,解释：在接通电路的瞬间，电路中的电流增大，穿过线圈L的磁通量也随着增大，因而线圈中必然会产生感应电动势，这个感应电动势阻碍线圈中电流的增大，所以通过A1的电流只能逐渐增大，灯泡A1只能逐渐亮起来。,问题：与线圈相连的灯泡为什么要过一会才亮？,实验二： 1、把灯泡A和带铁芯 的线圈L并联在直流电路中。
15、 2、接通电路，待灯泡正常发光，断开电路。,解释： S断开时，A 灯突然闪亮一下才熄灭。在电路断开的瞬间，通过线圈的电流突然减弱，穿过线圈的磁通量也就很快减少，因而在线圈中产生感应电动势。虽然这时电源已经断开，但线圈L和灯泡A组成了闭合电路，在这个电路中有感应电流通过，所以灯泡不会立即熄灭。,慢一些,沿已有的闭合回路流动,不一致,线圈插铁芯,1、自感磁通与自感磁链,2、自感系数 L简称自感或电感 L=/i,单位亨利(H) 1H=1103mH=1106uH,3、自感物理意义：描述线圈产生自感电动势的能力,7.2 自感系数(电感),=Ni,自感电动势的大小：与电流的变化率成正比,决定线圈自感系数的
16、因素：,实验表明，线圈越大，越粗，匝数越多，自感系数越大。另外，带有铁芯的线圈的自感系数比没有铁芯时大得多。,自感电动势的方向楞次定律,插入铁芯线圈的自感系数变大,什么情况下灯泡会闪亮一下再熄灭？,原因：,在自感系数很大的情况下，灯泡会会闪亮 一下，然后熄灭或正常发光。,当自感系数很大时，在开关断开和闭合的瞬间，自 感线圈会产生瞬时的很高的自感电动势，该电动势 会补充A灯或A2灯中的电流，从而使A灯或A2灯中 电流突然变大，所以要闪亮一下。,1 、线圈能够体现电的“惯性”，应该怎样理解？ 2、电的“惯性”大小与什么有关？,当线圈通电瞬间和断电瞬间，自感电动势都要阻碍线圈中电流的变化，使线圈中的电
