電工基礎(chǔ)磁場.doc

1、 磁場磁體及其性質(zhì)磁：磁是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種基本形式，由電荷運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生。 某些物體能夠吸引鐵、鎳、鈷等物質(zhì)的性質(zhì)稱為磁性。具有磁性的物體稱為磁體。磁體分天然磁體和人造磁體兩大類。天然磁體：天然存在的磁體，如Fe3O4人造磁體：人工制造的磁體，包括永久磁體（如計(jì)算機(jī)中的磁盤）和暫時(shí)磁體（如起重電磁鐵）永久磁體的磁性可長期保存，暫時(shí)磁體的磁性是暫時(shí)的，它隨外部磁化條件的消失而消失。 磁體兩端磁性最強(qiáng)的部分稱磁極?？梢栽谒矫鎯?nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的磁針，靜止后總是一個(gè)磁極指南，另一個(gè)指北。指北的磁極稱北極（N）；指南的磁極稱南極（S）。 任何磁體都具有兩個(gè)磁極，而且無論把 磁體怎樣分割總保持有兩個(gè)異性磁極。與電荷間的相互作用力相似，當(dāng)兩個(gè)磁極靠近時(shí)，它們之間也會(huì)產(chǎn)生相互作用的力：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。2、磁場與磁感線1 磁場在磁體周圍的空間中存在著一種特殊的物質(zhì)磁場. 磁極之間的作用力通過磁場進(jìn)行傳遞。2 磁感線 磁場的分布常用磁感線來描述3、 電流的磁場不僅磁鐵能產(chǎn)生磁場，電流也能產(chǎn)生磁場，這種現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。磁懸浮列車磁場的主要物理量1 磁感應(yīng)強(qiáng)度 導(dǎo)線方向與磁場方向保持垂直，經(jīng)導(dǎo)線通電，可以看到導(dǎo)線因受力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。 先保持導(dǎo)線通電部分的長度不變，改變電流的大小，然后保持電流不變，改變導(dǎo)線通電部分的長度。 比較兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通電導(dǎo)線長度一定時(shí)，電流越大，導(dǎo)線所受電磁力越大；電流一定時(shí)，通電導(dǎo)線越長，電磁力也越大。 在磁場中，垂直于磁場方向的通電導(dǎo)線，所受電磁力F與電流I和導(dǎo)線長度l的乘積IL的比值稱為該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示，即磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉，簡稱特，用符號(hào)T表示。 磁感應(yīng)強(qiáng)度是個(gè)矢量，它的方向就是該點(diǎn)的磁場的方向。 磁感線的疏密程度可以大致反映磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。在同一個(gè)磁場的磁感線分布圖上，磁感線越密的地方，磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，磁場越強(qiáng)。2 磁通設(shè)在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場中，有一個(gè)與磁場方向垂直的平面，面積為S，我們把B與S的乘積，定義為穿過這個(gè)面積的磁通量，簡稱磁通。用表示磁通，則有 = BS 磁通的單位是韋伯，簡稱韋，用Wb表示。如果磁場不與所討論的平面垂直，則應(yīng)以這個(gè)平面在垂直于磁場B的方向的投影面積S與B的乘積來表示磁通。當(dāng)面積一定時(shí)，如果通過該面積的磁感線越多，則磁通越大，磁感越強(qiáng)。從=BS，可得這表示磁感應(yīng)強(qiáng)度等于穿過單位面積的磁通，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度又稱磁通密度，并且用Wb/m2作單位。3 磁導(dǎo)率不同的媒介質(zhì)對(duì)磁場的影響不同，影響的程度與媒介質(zhì)的導(dǎo)磁性能有關(guān)。 磁導(dǎo)率是一個(gè)用來表示媒介質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，用表示，其單位為H/m。由實(shí)驗(yàn)測得真空中的磁導(dǎo)率 0=410-7H/m，為一常數(shù)。 自然界大多數(shù)物質(zhì)對(duì)磁場的影響甚微，只有少數(shù)物質(zhì)對(duì)磁場有明顯的影響。任一物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱作相對(duì)磁導(dǎo)率，用 r 表示，即： 相對(duì)磁導(dǎo)率只是一個(gè)比值。它表明在其他條件相同的情況下，媒介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度的多少倍。根據(jù)相對(duì)磁導(dǎo)率的大小，可把物質(zhì)分為三類：順磁物質(zhì) 相對(duì)磁導(dǎo)率稍大于1。如空氣、鋁、鉻、鉑等。反磁物質(zhì) 相對(duì)磁導(dǎo)率稍小于1。如氫、銅等。鐵磁物質(zhì) 相對(duì)磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于1，其可達(dá)幾百甚至數(shù)萬以上，且不是一個(gè)常數(shù)。如鐵、鈷、鎳、硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等。4 磁場強(qiáng)度在真空中，通電線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與線圈的匝數(shù)、線圈長度及電流強(qiáng)度有關(guān)5 磁場對(duì)電流的作用1、 磁場對(duì)通電直導(dǎo)體的作用通常把通電導(dǎo)體在磁場中受到的力稱為電磁力，也稱安培力。 通電直導(dǎo)體在磁場內(nèi)的受力方向可用左手定則來判斷。把一段通電導(dǎo)線放入磁場中，當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時(shí)，電流所受的電磁力最大。發(fā)電廠或變電所的母線排就是這種互相平行的載流直導(dǎo)體，為了使母線不致因短路時(shí)所產(chǎn)生的巨大電磁力作用而受到破壞，所以每間隔一定間距就安裝一個(gè)絕緣支柱，以平衡電磁力。 6 磁場對(duì)通電線圈的作用在均勻磁場中放入一個(gè)線圈，當(dāng)給線圈通入電流時(shí)，它就會(huì)在電磁力的作用下旋轉(zhuǎn)起來。7 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 將一條形磁鐵放置在線圈中，當(dāng)其靜止時(shí)，檢流計(jì)的指針不偏轉(zhuǎn)，但將它迅速地插入或拔出時(shí)，檢流計(jì)的指針都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明線圈中有電流。 這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流，產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動(dòng)勢稱為感應(yīng)電動(dòng)勢 當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這個(gè)電動(dòng)勢總是阻礙線圈中原來電流的變化。這種由于流過線圈本身的電流發(fā)生變化而引起的電磁感應(yīng)現(xiàn)象稱為自感現(xiàn)象，簡稱自感。 線圈的電感是由線圈本身的特性決定的。線圈越長，單位長度上的匝數(shù)越多，截面積越大，電感就越大。有鐵心的線圈，其電感要比空心線圈的電感大得多。有鐵心的線圈，其電感也不是一個(gè)常數(shù)，稱為非線性電感。電感為常數(shù)的線圈稱為線性電感?？招木€圈當(dāng)其結(jié)構(gòu)一定時(shí)，可近似地看成線性電感。電感線圈與電容器相似，都是電路中的儲(chǔ)能元件。我們把由一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化而在另一線圈中產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，簡稱互感。由互感產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢稱為互感電動(dòng)勢，用eM表示。我們把由于線圈繞向一致而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的極性始終保持一致的端子稱為線圈的同名端，用“ ”或“ * ”表示。 感應(yīng)電動(dòng)勢的方向可用右手定則判斷。平伸右手，大拇指與其余四指垂直，讓磁感線穿入掌心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指所指的方向就是感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。 發(fā)電機(jī)就是應(yīng)用導(dǎo)線切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的原理發(fā)電的，實(shí)際應(yīng)用中，將導(dǎo)線做成線圈，使其在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而得到連續(xù)的電流。楞次定律以上實(shí)驗(yàn)表明：在線圈回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的原因是由于磁鐵的插入和拔出導(dǎo)致線圈中的磁通發(fā)生了變化。 楞次定律指出了磁通的變化與感應(yīng)電動(dòng)勢在方向上的關(guān)系，即：感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。8 法拉第電磁感應(yīng)定律在上述實(shí)驗(yàn)中，如果改變磁鐵插入或拔出的速度，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，磁鐵運(yùn)動(dòng)速度越快，指針偏轉(zhuǎn)角度越大，反之越小。而磁鐵插入或拔出的速度，反映的是線圈中磁通變化的速度。即：線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與線圈中磁通的變化率成正比。這就是法拉第電磁感應(yīng)定律。9 磁路歐姆定律磁路：磁通所通過的路徑稱為磁路。 與電路比較，磁路的漏磁現(xiàn)象要比電路的漏電現(xiàn)象嚴(yán)重得多。全部在磁路內(nèi)部閉合的磁通稱主磁通，部分經(jīng)過磁路周圍物質(zhì)而自成回路的磁通稱為漏磁通。 在漏磁不嚴(yán)重的情況下可將其忽略，只考慮主磁通。1磁動(dòng)勢通電線圈的匝數(shù)越多，電流越大，磁場越強(qiáng)，磁通也就越多。我們把通過線圈的電流I和線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁動(dòng)勢，用Fm表示，即Fm = NI 磁動(dòng)勢的單位是A。2磁阻磁通通過磁路時(shí)所受到的阻礙作用稱為磁阻3磁路歐姆定律通過磁路的磁通與磁動(dòng)勢成正比，而與磁阻成反比，即上式與電路的歐姆定律相似，故稱磁路歐姆定律。由于鐵磁材料磁導(dǎo)率的非線性，磁阻Rm不是常數(shù)，所以磁路歐姆定律只能對(duì)磁路作定性分析10 磁路與電路的比較磁 路 電 路磁動(dòng)勢Fm = NI 電動(dòng)勢E磁通 電流I磁阻 電阻磁導(dǎo)率 電阻率磁路歐姆定律 電路歐姆定律11 電磁鐵 將螺線管緊密地套在一個(gè)鐵心上，就構(gòu)成了一個(gè)電磁鐵。