電磁和電磁感應(yīng)課件

第1節(jié)電磁和電磁感應(yīng)1.1磁場(chǎng)1.2電磁力1.3電磁感應(yīng)1.4自感和互感第1節(jié)電磁和電磁感應(yīng)本節(jié)培訓(xùn)目標(biāo)：

1.了解電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的基本原理，能夠用右手螺旋定則確定載流直導(dǎo)體和載流螺旋管的磁場(chǎng)方向2.掌握左手定則，能夠?qū)懗鲭姶帕Φ墓?/p>

3.了解電磁感應(yīng)定律，能夠?qū)懗龈袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)的公式

4.了解電感和互感的概念1.1磁場(chǎng)1.1.1 磁鐵能夠吸引磁性材料的特性叫做磁性。

磁鐵具有極性，任意磁鐵具有兩個(gè)磁極，N極（北極）和S（南極），磁鐵兩端磁性最強(qiáng)，越靠近中央磁性越弱，磁性具有相互作用力，即同極磁極相斥，異極磁極相吸。1.1.2在磁鐵的周圍存在一種特殊的物質(zhì)，這一特殊物質(zhì)叫做磁場(chǎng)。在磁場(chǎng)中某一點(diǎn)放一個(gè)能夠自由移動(dòng)的小磁針，靜止時(shí)N極所指的方向規(guī)定為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。

磁力線是互不相交的連續(xù)不斷的閉合曲線，磁力線在磁鐵外部是由N極指向S極，在磁鐵內(nèi)部是由S極指向N極.磁力線的密疏程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，磁場(chǎng)強(qiáng)的地方磁力線較密，磁場(chǎng)弱的地方磁力線較疏。1.1.3磁通—指穿過(guò)與磁場(chǎng)方向垂直的某一截面的磁力線的總數(shù)就叫做磁通，用字母“Φ”表示，單位是韋伯，用符號(hào)Wb表示。穿過(guò)單位面積的磁力線數(shù)叫做磁通密度，又稱磁感應(yīng)強(qiáng)度，在均勻磁場(chǎng)中，用字母B表示為：B=Φ/S式中：Φ---磁通，WbS---垂直磁場(chǎng)的截面積，m2B---磁感應(yīng)強(qiáng)度，T磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是T,稱為特斯拉，簡(jiǎn)稱特。磁力線上某點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。磁感應(yīng)強(qiáng)度不僅表示了某點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，而且能夠表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的方向。

為了在平面上表示出磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，常用符號(hào)“×”表示垂直進(jìn)入紙面的磁感應(yīng)強(qiáng)度，用符號(hào)“.”表示垂直從紙面出來(lái)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。若磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向相同，這種磁場(chǎng)就稱為均勻磁場(chǎng)，在均勻磁場(chǎng)中，磁力線是均勻分布的等距離平行直線。1.1.4通電導(dǎo)線的周圍能產(chǎn)生磁場(chǎng)，這就是電流的磁效應(yīng)。通電導(dǎo)線（或線圈）周圍磁場(chǎng)（磁力線）的方向，可用右手螺旋定則來(lái)判斷。載流直導(dǎo)線磁場(chǎng)方向的判斷方法：用右手握住載流直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流的方向，則四指環(huán)繞的方向就是磁場(chǎng)的方向。當(dāng)載流導(dǎo)線垂直于紙面時(shí)，通常用符號(hào)“.”,表示導(dǎo)線中的電流方向是“流出紙面”；用符號(hào)“×”,表示導(dǎo)線中的電流方向是“流進(jìn)紙面”。1.1.5載流螺旋管磁場(chǎng)方向的判斷方法，用右手握住螺旋管，彎曲的四指沿著電流方向環(huán)繞，則大拇指所指的方向就是螺旋管內(nèi)部的磁場(chǎng)的方向。1.2電磁力1.2.1磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中會(huì)受到力的作用而移動(dòng)，這個(gè)力就叫做電磁力。電動(dòng)機(jī)就是利用這個(gè)原理進(jìn)行工作的，電磁力的大小與磁場(chǎng)的強(qiáng)弱、電流的大小和方向、載流導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度有關(guān)。載流的導(dǎo)線越長(zhǎng)，電流越大，磁場(chǎng)越強(qiáng)，則導(dǎo)線受到的電動(dòng)力就越大。電流與磁場(chǎng)的方向垂直時(shí)作用力最大，平行時(shí)作用力最小。1.2.2作用力的方向載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的方向，可以用左手定則來(lái)判斷。伸出左手使掌心迎著磁力線，讓磁力線垂直穿過(guò)掌心，伸直的四指與導(dǎo)線中的電流方向一致，則與四指成直角的大拇指所指的方向就是導(dǎo)線受力的方向。1.2.3作用力的大小在磁通密度為B的均勻磁場(chǎng)中，與磁場(chǎng)方向垂直、長(zhǎng)度為L(zhǎng)，通有電流I的直導(dǎo)線，所受的力F的大小為：F=BIL式中F-導(dǎo)體在磁場(chǎng)中所受到的電磁力，NB-磁感應(yīng)強(qiáng)度,TI-通過(guò)導(dǎo)體的電流，AL-導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，M1.3電磁感應(yīng)當(dāng)直導(dǎo)體與磁力線之間有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)直導(dǎo)體中就有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生；穿過(guò)線圈的磁通變化時(shí)，線圈回路中就有電勢(shì)產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。由電磁感應(yīng)現(xiàn)象所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。1.3.1直導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)導(dǎo)體與磁力線之間有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，這個(gè)導(dǎo)體中就有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可以用發(fā)電機(jī)右手定則判斷，如圖1-8所示。伸平右手，拇指與其余四指垂直，讓磁力線垂直穿過(guò)手心，拇指的指向代表導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的方向，則四指的指向就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁場(chǎng)強(qiáng)弱、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)的速度、導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度有關(guān)，當(dāng)直導(dǎo)體、直導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向和磁力線垂直時(shí)，所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：e=BLV式中e-導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，V;B-磁感應(yīng)強(qiáng)度，T;L-導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度，M;V-導(dǎo)體和磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，m/s;3.1.2線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)線圈回路的磁通變化時(shí)，線圈回路中就有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流產(chǎn)生。線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的方向由楞次定律確定，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的反向總是企圖使它的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通阻止原磁通的變化，也就是說(shuō)，當(dāng)線圈原磁通增加時(shí)，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通方向與原磁通的方向相反以阻礙它的增加；當(dāng)磁通減小時(shí)，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通與原磁通的方向相同以阻礙它減少，如圖1-9所示。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈中磁通變化率成正比，即：e=-NΔΦ/Δt式中，e-在Δt時(shí)間內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值，V;N-線圈匝數(shù)；ΔΦ-磁通變化量，WbΔt-磁通變化ΔΦ所需時(shí)間，S公式中的負(fù)號(hào)是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的感應(yīng)電流具有阻礙原磁通變化的規(guī)律所決定的。

1.4自感和互感1.4.1自感由于流過(guò)線圈本身電流的變化引起線圈（回路）內(nèi)產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象，叫做自感現(xiàn)象。由自感現(xiàn)象而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就叫做自感電動(dòng)勢(shì)。自感電動(dòng)勢(shì)的方向根據(jù)楞次定律確定：自感電動(dòng)勢(shì)el的方向總是企圖使它的感應(yīng)電流iL產(chǎn)生的磁通阻止原磁通ΦL的變化（增大或減?。?，

ΦL由流過(guò)線圈的電流產(chǎn)生，因此自感電動(dòng)勢(shì)eL的方向總是和原電流變化的趨勢(shì)（增大或減小）相反，如圖1-10.自感電動(dòng)勢(shì)的大小為：eL=-LΔi/Δt式中eL–自感電動(dòng)勢(shì)，V;L-線圈的自感系數(shù)，H；Δi-線圈中電流的變化量，A;Δt-時(shí)間變化量，S公式中的負(fù)號(hào)是由自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向具有反抗線圈中電流變化的規(guī)律決定的。自感量與電流無(wú)關(guān)，只決定于線圈本身性質(zhì)--幾何尺寸、匝數(shù)、介質(zhì)。自感反應(yīng)了線圈產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的能力。電感線圈是一個(gè)儲(chǔ)能元件，利用線圈可以將電能轉(zhuǎn)化為磁能。磁場(chǎng)能量與通過(guò)線圈的電流的平方成正比。即：式中

WL–磁場(chǎng)能量，J;L-線圈的自感系數(shù)，H；I-線圈中的電流，A;

1.4.2互感兩個(gè)線圈靠得很近，一個(gè)線圈通過(guò)的電流發(fā)生變化，而在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫互感現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱互感?；ジ惺亲儔浩鳌⒒ジ衅鞯戎匾姎庠O(shè)備工作中的基本原理。如圖1-11所示.當(dāng)線圈1通過(guò)變化的電流，在線圈2中產(chǎn)生了變化的互感磁通，在兩個(gè)線圈之間有了磁的聯(lián)系，這種聯(lián)系稱為磁感耦合或互感耦合。為了定量表示這種互感耦合，引用互感系數(shù)這一物理量，用字母M表示，單位和自感一樣，也是H.互感系數(shù)M與兩個(gè)線圈的匝數(shù)、幾何形狀、尺寸、相對(duì)位置以及周圍介質(zhì)等因數(shù)有關(guān)。由互感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫做互感電動(dòng)勢(shì)，用eM表示。假定當(dāng)線圈1中的電流i1變化時(shí)，在線圈2中產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)em2,即：

em2=-MΔi1/Δt同樣，當(dāng)線圈2中的電流變化時(shí)，在線圈1中產(chǎn)生互感電動(dòng)勢(shì)em1,即：

em1=-MΔi2/Δt上式說(shuō)明，線圈的互感電動(dòng)勢(shì)與互感系數(shù)和另一個(gè)線圈中電流的變化率的乘積成正比。1.4.3同名端互感電動(dòng)勢(shì)的方向也可以用楞次定律判斷，但是比較復(fù)雜，尤其是繞制好的成品，一般外部無(wú)法判斷繞制方向，要判斷互感電動(dòng)勢(shì)的極性就更加困難，故在變壓器和互感器出廠時(shí)，廠家用同名端的標(biāo)價(jià)符號(hào)在外殼表示出線圈的相對(duì)繞向，即反應(yīng)磁耦合線圈的繞向。兩線圈的同名端是這樣規(guī)定的：當(dāng)量線圈的電流由同名