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電工電子技術(shù)與技能(非電類少學(xué)時)程周主編中等職業(yè)教育課程改革國家規(guī)劃新教材配套多媒體資源12磁場及電磁感應(yīng)2.1磁場2.2電磁感應(yīng)2.3磁路的基本概念2.4鐵磁性物質(zhì)123422.1磁場觀察與思考32.1磁場2.1.1磁場1.磁場是看不見的,但可以觀察到磁場的效應(yīng)。2.在磁鐵或電流(運動電荷)周圍的空間里存在著磁場,磁場的性質(zhì)之一是它對任何置于其中的其它磁體或電流施加作用力。3.磁場是電機工作原理的基礎(chǔ)。作用在載流導(dǎo)線上的力是電動機工作的基本原理;而當磁場變化時,線圈中感應(yīng)的電動勢是發(fā)電機工作的基本原理。
42.1磁場2.1.2磁場的方向及磁感線1.磁場是有方向的,規(guī)定:在磁場中的任一點,小磁針靜止時N極所指的方向,就是該點的磁場方向。2.磁感線:為了形象地描繪磁場在空間的分布,在磁場中畫出一些有方向的、假想的系列曲線,曲線上任一點的切線方向與該點的磁場方向一致,這些曲線稱為磁感線。圖2.3磁感線3.磁感線不但可以描述磁場的方向,還可以描述磁場強弱的分布情況:磁場越強的地方,磁感線越密;反之越稀。
52.1磁場2.1.3磁感應(yīng)強度1.磁感應(yīng)強度定義:在磁場中,設(shè)垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線受到的磁場力為F,通過導(dǎo)線的電流為I,導(dǎo)線的長度為l,則F和的比值稱為通電導(dǎo)線所在處的磁感應(yīng)強度,用B表示。2.B的單位:特斯拉,用B表示,或Wb/m2。3.B是矢量,磁場中某處磁感應(yīng)強度的方向就是該處磁場的方向。4.均勻磁場:若磁場中各點的磁感應(yīng)強度大小相等,方向相同,稱為均勻磁場。62.1磁場2.1.4安培定則1.安培定則(右手螺旋定則):通電長直導(dǎo)體在其周圍產(chǎn)生磁場,它的磁感線方向與電流方向之間的關(guān)系,可以用安培定則判斷。2.安培定則的內(nèi)容:右手握住導(dǎo)體,伸直拇指,拇指所指的方向表示電流的方向,彎曲的四指的方向表示磁感線方向。
圖2.4直流電流的磁場圖2.5螺線管電流的磁場72.1磁場2.1.5磁通量1.磁通量:穿過磁場中的某一截面的磁感線的數(shù)量,稱為穿過這個截面的磁通量,簡稱磁通,用Φ表示,單位是Wb(韋[伯])。2.磁通量的表達式:
(2.2)圖2.6磁通量82.1磁場2.1.6磁場對通電直導(dǎo)線的作用1.安培定律安培力:通電直導(dǎo)線在磁場中受力,如圖2.7所示。
圖2.7通電直導(dǎo)線在磁場中受力安培定律的表達式:
92.1磁場2.1.6磁場對通電直導(dǎo)線的作用2.左手定則用左手定則判斷安培力的方向。如圖2.8所示為用左手定則判斷安培力的示意圖。
圖2.8左手定則左手定則使用說明:伸開左手,使拇指與其余四指垂直,并且和手掌在一個平面上,把手放入磁場里,讓磁感線垂直穿入手心,并使四指指向電流方向,則拇指所指的方向就是安培力的方向。
102.1磁場2.1.6磁場對通電直導(dǎo)線的作用圖2.7通電直導(dǎo)線在磁場中受力112.2電磁感應(yīng)觀察與思考圖2.10利用磁場產(chǎn)生電流122.2電磁感應(yīng)2.2.1電磁感應(yīng)及電磁感應(yīng)定律1.電磁感應(yīng)當穿過某一閉合導(dǎo)體回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時,該回路中就會產(chǎn)生電流,這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流,產(chǎn)生的電動勢稱為感應(yīng)電動勢。2.電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容:導(dǎo)線中的感應(yīng)電動勢E的大小和導(dǎo)線交鏈的磁通的變化率
成正比。式中,N為線圈的匝數(shù)上式中,只有當與導(dǎo)線交鏈的磁通變化時,E才有意義。
132.2電磁感應(yīng)2.2.1電磁感應(yīng)及電磁感應(yīng)定律142.2電磁感應(yīng)2.2.2楞次定律和右手定則1.楞次定律內(nèi)容:閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流,它所產(chǎn)生的磁場總是阻礙原電路中磁通的變化。應(yīng)用楞次定律可以確定感應(yīng)電動勢的方向。圖2.11楞次定律
152.2電磁感應(yīng)2.2.2楞次定律和右手定則2.右手定則右手定則是確定導(dǎo)線切割磁感線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向的簡便方法,其實質(zhì)是楞次定律的特殊情況。判斷方法:伸出右手,使拇指跟其余四指垂直,并且和手掌在一個平面內(nèi),把手放入磁場中,讓磁感線垂直穿入手心,拇指指向?qū)w運動方向,四指所指方向就是感應(yīng)電流的方向。如圖2.12所示。
圖2.12右手定則
162.2電磁感應(yīng)2.2.2楞次定律和右手定則2.右手定則圖2.13切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流
172.3磁路的基本概念1.磁路:通常由鐵心制成,而使磁通集中通過的回路,如圖2.17所示。圖2.17主磁通和漏磁通2.主磁通:鐵心中的磁通。3.漏磁通:少量磁通通過周圍空氣構(gòu)成的回路(可忽略不計)。4.磁通
:線圈中電流有效值I與線圈匝數(shù)N的乘積稱為磁通勢,RM稱為磁阻。磁路歐姆定律
=IN/RM。注意:(1)磁阻
RM表示物質(zhì)對磁通具有的阻礙作用。不同物質(zhì)的磁阻不同。若鐵心中存在空氣隙,磁阻RM會增大許多。(2)磁路的歐姆定律只適用于鐵心非飽和狀態(tài)。182.3磁路的基本概念5.磁路舉例:圖2.18幾種磁路實例192.4鐵磁性物質(zhì)2.4.1鐵磁性物質(zhì)磁化現(xiàn)象1.磁疇:鐵心自身有的自然磁性小區(qū)域。2.磁化:鐵心中的磁疇沿外磁場作定向排列,產(chǎn)生附加磁場的現(xiàn)象,如圖2.19(b)所示。圖2.19磁疇和鐵心的磁化
202.4鐵磁性物質(zhì)2.4.1鐵磁性物質(zhì)磁化現(xiàn)象
圖2.20磁化曲線
3.鐵磁材料:能被磁化的材料(例如:鐵、鈷、鎳以及它們的合金和氧化物)。4.鐵心的磁化過程可以用圖2.20描述。OA段:大部分磁疇的磁場沿外磁場方向排列,
與I成正比且增加率較大。AB段:所有磁疇的磁場最終都沿外磁場方向排列,鐵心磁場從未飽和狀態(tài)過渡到飽和狀態(tài)。B點以后:稱飽和狀態(tài),鐵心的增磁作用已達到極限,同直線1。
212.4鐵磁性物質(zhì)2.4.2磁滯現(xiàn)象圖2.21?磁滯回線
1.磁滯:當鐵心線圈通入交流電時,鐵心會隨交流電的變化而被反復(fù)磁化。在磁化過程中,由于磁疇本身存在“慣性”,使得磁通的變化滯后于電流的變化。2.磁滯回線:反復(fù)磁化形成的封閉曲線,如圖2.21所示。
3.磁滯損耗:鐵磁材料在磁化時,外磁場克服磁疇的“慣性”消耗的能量。磁滯損耗是引起鐵心發(fā)熱的原因之一。222.4鐵磁性物質(zhì)2.4.3鐵磁材料的分類及應(yīng)用鐵磁材料根據(jù)磁滯回線的形狀及其在工程上的應(yīng)用,可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三類。
1.不同材料的磁滯回線:如圖2.22所示。
圖2.22?不同材料的磁滯回線
232.4鐵磁性物質(zhì)2.4.3鐵磁材料的分類及應(yīng)用圖2.22?不同材料的磁滯回線
2.軟磁材料:磁滯損耗小的鐵磁材料,特點是磁滯回線狹長,面積小。3.硬磁材料:磁滯損耗大的鐵磁材料,特點是磁滯回線寬大,面積大。4.矩磁材料:磁滯回線接近矩形的鐵磁材料,特點是受較小的磁場的磁化就可以達到飽和,而去掉磁場后仍能保持飽和狀態(tài)。
242.4鐵磁性物質(zhì)2.4.4渦流1.渦流:交變的磁通穿過鐵心產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,因而會產(chǎn)生感應(yīng)電流,它圍繞磁
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