《磁的基本概念》PPT課件

學(xué)習(xí)方法,始終以變化的概念對(duì)待磁的問(wèn)題，不變就沒(méi)有工程應(yīng)用價(jià)值，即始終不忘記頻率這個(gè)參數(shù)。,掌握單位的物理意義，由于電磁學(xué)的單位經(jīng)常用科學(xué)家的名字命名的因此不容易記憶與換算，如韋伯、奧斯特、特斯拉、高斯、亨利和安培等；,學(xué)會(huì)聯(lián)想學(xué)習(xí)，與電路的概念，力學(xué)的概念，能量等進(jìn)行聯(lián)想學(xué)習(xí)，因?yàn)槲覀円呀?jīng)有很好的物理基礎(chǔ)（力學(xué)，電學(xué)兩大門(mén)類(lèi)）；,第一章磁的基本概念,19-20世紀(jì)初的四位偉大科學(xué)家Maxwell:麥克斯韋電磁場(chǎng)理論Lenz:楞次定律Amper:安培定律Frady:電磁感應(yīng)定律單位制：國(guó)際單位制，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，計(jì)算方便，但工程應(yīng)用不方便；實(shí)用單位，工程上使用比較方便。,1.1磁的基本現(xiàn)象,永久磁鐵:能長(zhǎng)時(shí)間保持磁性的介質(zhì)。將永久磁棒懸掛起來(lái),總是一頭指南,一頭指北,指南的一頭稱(chēng)S(South)極,指北的一頭稱(chēng)為N極(North)。,自然界有一類(lèi)特殊物質(zhì)Fe,Ni,Co等在一定條件下,能相互吸引,這種物質(zhì)稱(chēng)它們具有磁性.很多磁性材料是稀有金屬，而鐵是黑色金屬，自然界存儲(chǔ)廣，所以稱(chēng)為“黑色藝術(shù)殿堂”。,使這類(lèi)物質(zhì)具有磁性的過(guò)程稱(chēng)為磁化。,磁化過(guò)程,在磁性物質(zhì)分子間有一種特殊的作用力而使每一區(qū)域內(nèi)的分子磁鐵都排列整齊，顯示磁性。這些小區(qū)域稱(chēng)為磁疇。,磁疇：分子由于電子環(huán)繞原子核運(yùn)動(dòng)和本身自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而形成分子電流，分子電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，每個(gè)分子相當(dāng)于一個(gè)基本小磁鐵。,磁化(Magnetization),無(wú)外磁場(chǎng)作用下特點(diǎn)：,有外磁場(chǎng)作用下的特點(diǎn)：,磁的現(xiàn)象,B、空間有種物質(zhì)稱(chēng)為磁場(chǎng),與引力場(chǎng)和電場(chǎng)一樣,相同磁極性靠近時(shí)互相排斥,相反的磁極性靠近時(shí)互相吸引,吸引與排斥說(shuō)明下列問(wèn)題:,A、有作用力,就有有能量,磁場(chǎng)的表達(dá),科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)，小磁針?lè)旁诖盆F附近，在磁力的作用下的表現(xiàn)。,磁力線(xiàn)，磁感應(yīng)線(xiàn)，磁通線(xiàn)表示磁場(chǎng)；并不真正存在這些線(xiàn)條，也沒(méi)有物理量在這些線(xiàn)條上流動(dòng)，只是為了表達(dá)。,磁場(chǎng)發(fā)現(xiàn),最早發(fā)現(xiàn)是力，力學(xué)是早于電學(xué)發(fā)展的，因?yàn)槿菀妆蝗藗凅w驗(yàn)，但電學(xué)和磁學(xué)不容易發(fā)覺(jué)和體驗(yàn)，所以電學(xué)是在力學(xué)比較成熟的時(shí)候才得以發(fā)展。,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的一些磁現(xiàn)象，為了解釋這些現(xiàn)象，就用磁場(chǎng)來(lái)表達(dá)。,電學(xué)電磁學(xué)發(fā)展尤其快，人們駕馭它們的能力非常強(qiáng)大，以至于導(dǎo)致今天生活的巨大變化，人類(lèi)離不開(kāi)電了。,1.2電流與磁場(chǎng),如果將載流導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷搬到磁場(chǎng)中，導(dǎo)體受到作用力，克服作用力移動(dòng)則要做功，而做功需要能量，能量變化需要場(chǎng)地和時(shí)間，所以在理解磁現(xiàn)象的時(shí)候，千萬(wàn)別忘記了能量、時(shí)間和場(chǎng)地三個(gè)要素。,載載流導(dǎo)體周?chē)写艌?chǎng)，說(shuō)明下列問(wèn)題:A.電流產(chǎn)生磁場(chǎng)；B.電流被磁場(chǎng)包圍。,安培定則，右手定則,磁場(chǎng)是電流產(chǎn)生的，而電流總是被磁場(chǎng)所包。,右手定則：,圍繞兩根平行載流導(dǎo)體的磁場(chǎng)，每根導(dǎo)體流過(guò)相等的電流，但方向相反，即一對(duì)連接電源到負(fù)載的導(dǎo)線(xiàn)。,空心線(xiàn)圈磁場(chǎng)。每根導(dǎo)線(xiàn)單個(gè)的場(chǎng)在線(xiàn)圈內(nèi)疊加產(chǎn)生高度集中和線(xiàn)條流暢的場(chǎng)。,磁場(chǎng)最強(qiáng)的地方和磁場(chǎng)最弱的地方？,等磁位線(xiàn),磁場(chǎng)最強(qiáng)處,1.3磁的單位和電磁基本定律,由于用科學(xué)家的名字命名的磁學(xué)單位難以理解和記憶，而電學(xué)單位和力學(xué)單位使用時(shí)間較長(zhǎng)和生活中的接觸程度大容易記憶。,研究磁的單位的意義和方法：,聯(lián)想學(xué)習(xí)方法,用單位長(zhǎng)度的導(dǎo)線(xiàn)，放在均勻的磁場(chǎng)中，通過(guò)單位電流所受到的力的大小（）表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱磁感應(yīng)強(qiáng)度（）。是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向的物理量。方向：左手定則判斷。,單位：特斯拉國(guó)際單位（SI）制高斯電磁單位（CGSM）制,1.3.1磁感應(yīng)強(qiáng)度,要研究磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位要從源頭分析“力”1牛頓/(安培米)=1特斯拉1高斯=1克/（安厘米）(厘米克秒制,CGS)1T=10000GS(思考一下？),垂直通過(guò)一個(gè)截面的磁力線(xiàn)總量稱(chēng)為該截面的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通。用表示。,1.3.2磁通,單位：韋伯，簡(jiǎn)稱(chēng)韋SI制麥克斯韋，簡(jiǎn)稱(chēng)麥CGSM制1韋108麥,在一般磁芯變壓器和電感中，給定結(jié)構(gòu)磁芯截面上，或端面積相等的氣隙端面間的磁場(chǎng)基本上是均勻的，則磁通可表示為,均勻磁場(chǎng)中的磁通,面積Area,磁通單位換算,磁力線(xiàn)的數(shù)量,磁密單位：牛頓(安米)面積單位：平方米磁通單位：牛頓米安，用韋伯表示,b,從磁通的單位可以揭示出電流產(chǎn)生力矩的特點(diǎn)，即電磁力的特性和制單位換算,磁感應(yīng)強(qiáng)度也稱(chēng)為磁通密度簡(jiǎn)稱(chēng)磁密.FluxDensity,1.3.3磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度(H),聯(lián)想電路中的電壓和電流的關(guān)系，為了描述它們的數(shù)量關(guān)系，引入電阻R，表示導(dǎo)體的固有特性的物理量。,磁場(chǎng)中引入，解決磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)密度的數(shù)量關(guān)系，表示磁場(chǎng)媒介固有特性的物理量。,電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，但電流在不同的介質(zhì)中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度是不同的。為了表征這種特性，將不同的磁介質(zhì)用一個(gè)系數(shù)來(lái)考慮，稱(chēng)為介質(zhì)磁導(dǎo)率，表征物質(zhì)的導(dǎo)磁能力。在介質(zhì)中，越大，介質(zhì)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B就越大。真空中的磁導(dǎo)率比0大的倍數(shù)稱(chēng)為材料的相對(duì)磁導(dǎo)率r。,1.磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率(),在任何介質(zhì)中，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的B與該點(diǎn)的的比值定義為該點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，即磁場(chǎng)強(qiáng)度是矢量。,單位：安/米SI制奧特斯CGSM制,2.磁場(chǎng)強(qiáng)度H,磁場(chǎng)強(qiáng)度與媒介有關(guān)系嗎?,1.磁場(chǎng)強(qiáng)度H與媒介無(wú)關(guān)(與提供磁路的材料無(wú)關(guān)).2.磁場(chǎng)強(qiáng)度H只與產(chǎn)生它的電流有關(guān).3.相同的電流在不同的媒介中產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同,而磁場(chǎng)強(qiáng)度一樣,揭示材料的導(dǎo)磁能力.用值表示材料的導(dǎo)磁性能.空氣的磁導(dǎo)率鐵的磁導(dǎo)率其它材料的磁導(dǎo)率,相對(duì)磁導(dǎo)率,工程上為了圖簡(jiǎn)潔方便,采用相對(duì)磁導(dǎo)率，即把材料的實(shí)際磁導(dǎo)率與空氣磁導(dǎo)率的比值.,是誰(shuí)的？,在磁場(chǎng)中任意一個(gè)封閉曲面內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度向量的面積積分恒等于零。,磁場(chǎng)中的高斯定理,S,高斯定理,磁場(chǎng)中所謂某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小,并不代表該點(diǎn)的磁場(chǎng)的強(qiáng)弱,代表磁場(chǎng)強(qiáng)弱是磁感應(yīng)強(qiáng)度.引入磁場(chǎng)強(qiáng)度,為了便于分析計(jì)算.,1.3.4安培環(huán)路定理,到現(xiàn)在為止,已經(jīng)知道電流與磁場(chǎng)強(qiáng)度有密切的關(guān)系.用安培環(huán)路定理,解決了它們之間的數(shù)量關(guān)系.安培環(huán)路定理也稱(chēng)全電流定理.,在電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，矢量H沿任意閉合曲線(xiàn)的積分等于此閉合曲線(xiàn)所包圍的所有電流的代數(shù)和，即,一、環(huán)形均勻介質(zhì)的磁場(chǎng)強(qiáng)度,二、單導(dǎo)線(xiàn)的磁場(chǎng),磁場(chǎng)強(qiáng)度最大值點(diǎn),三、雙導(dǎo)線(xiàn)磁場(chǎng),四、線(xiàn)圈磁場(chǎng),磁場(chǎng)強(qiáng)度單位的研究,國(guó)際單位制:磁場(chǎng)強(qiáng)度單位:安/米,A/m；CGS制:奧斯特即安/厘米;簡(jiǎn)稱(chēng)Oe。,的單位的推導(dǎo),單位換算,空氣的相對(duì)導(dǎo)磁率:,在真空的穩(wěn)恒磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任一閉合路徑的積分的值，等于乘以該閉合路徑所包圍的各電流的代數(shù)和.,電流I正負(fù)的規(guī)定:I與l成右螺旋時(shí)，I為正；反之為負(fù).,真空中的安培環(huán)路定理,1.3.5電磁感應(yīng)定律,研究方法:實(shí)驗(yàn)方法，抓住磁通變化這個(gè)核心問(wèn)題討論.公式表明:單匝線(xiàn)圈匝鏈的磁通在1秒內(nèi)變化1Wb時(shí)，線(xiàn)圈端電壓為1V。,法拉第電磁感應(yīng)定律,1、解決了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通變化率之間的關(guān)系，并沒(méi)有說(shuō)明感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。2、描述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向的是楞次定律，描述如下：,感生電流總是試圖維持原磁通不變，這就是楞次定律。,楞次定律的其它理解,1、磁場(chǎng)的慣性定律2、維持不變就是阻礙變化3、法拉第定律和楞次定律統(tǒng)稱(chēng)為電磁感應(yīng)定律,磁鐵（或通電線(xiàn)圈）與線(xiàn)圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)線(xiàn)圈中產(chǎn)生電流,線(xiàn)圈中電流變化時(shí)另一線(xiàn)圈中產(chǎn)生電流,閉合回路的一部分切割磁力線(xiàn)，回路中產(chǎn)生電流,四種電磁感應(yīng)現(xiàn)象舉例,1.3.6電磁能量關(guān)系,電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力，有力就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，有運(yùn)動(dòng)就要做功，要做功就必須有能量，有能量就要有儲(chǔ)存的地方，移動(dòng)能量需要時(shí)間和場(chǎng)地，就會(huì)引起狀態(tài)的改變。,根據(jù)電磁感應(yīng)定律有,電路輸入到磁場(chǎng)的能量,線(xiàn)圈中磁通增長(zhǎng)相應(yīng)的磁化電流為：,電路輸入到磁場(chǎng)的能量為：,磁能積,存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中的能量：磁能積,再經(jīng)過(guò)時(shí)間t,線(xiàn)圈中磁場(chǎng)達(dá)到了B,單位體積的磁場(chǎng)能量是磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積的1/2。,輸入條件：,求磁芯中存儲(chǔ)的能量,1只要有電流，不管是恒定的還是變化的，都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。,本章小結(jié),2、磁場(chǎng)用磁力線(xiàn)形象描述。磁力線(xiàn)是無(wú)頭無(wú)尾的光滑曲線(xiàn)，其切線(xiàn)方向表示磁場(chǎng)方向