《电工基础》 第五章磁场和磁路 1.了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场, 会用右手定则判断其磁场的方向 2.理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念 3.了解匀强磁场的性质及有关计算。 芊学重点 4.掌握磁场对电流作用力的有关计算及方向的判断, 了解磁场对通电线圈的作用。 5.了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。 6.了解磁动势和磁阻的概念。 掌握全电流定律和磁路中的欧姆定律。 教学進点 节电流的磁效应 第二节磁场的主要物理量 第三节磁场对电流的作用力 第四节铁磁性物质的磁化 学时日配 第五节磁路的基本概念 习题和小结 本章总学时 第一节电流的磁效应 磁场 1.磁场:磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场 传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力,同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。 2.磁场的性质:磁场具有力的性质和能量性质
《电工基础》 40 第五章 磁场和磁路 第一节 电流的磁效应 一、 磁场 1．磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场 传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 2．磁场的性质：磁场具有力的性质和能量性质。 序号 内 容 学 时 1 第一节 电流的磁效应 1 2 第二节 磁场的主要物理量 1 3 第三节 磁场对电流的作用力 1 4 第四节 铁磁性物质的磁化 1 5 第五节 磁路的基本概念 1 6 习题和小结 1 7 本章总学时 6 1．了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场， 会用右手定则判断其磁场的方向。 2．理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。 3．了解匀强磁场的性质及有关计算。 4．掌握磁场对电流作用力的有关计算及方向的判断， 了解磁场对通电线圈的作用。 5．了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。 6．了解磁动势和磁阻的概念。 掌握全电流定律和磁路中的欧姆定律
《电工基础》 3.磁场方向:在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针,它N极所指的方向即为该 点的磁场方向。 二、磁感线 1.磁感线 在磁场中画一系列曲线,使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同,这些 曲线称为磁感线。如图5-1所示。 图5-1磁感线 图5-2条形磁铁的磁感线 2.特点 (1)磁感线的切线方向表示磁场方向,其疏密程度表示磁场的强弱 (2)磁感线是闭合曲线,在磁体外部,磁感线由N极出来,绕到S极;在磁体内部, 磁感线的方向由S极指向N极。 (3)任意两条磁感线不相交。 说明:磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线,实际上并不存在 图5-2所示为条形磁铁的磁感线的形状 3.匀强磁场 在磁场中某一区域,若磁场的大小方向都相同,这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场 的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线 三、电流的磁场 1.电流的磁场 直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定,方法是:用右手握住导线,让拇指 指向电流方向,四指所指的方向就是磁感线的环绕方向
《电工基础》 41 3．磁场方向：在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，它 N 极所指的方向即为该 点的磁场方向。 二、磁感线 1．磁感线 在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些 曲线称为磁感线。如图 5-1 所示。 2．特点 (1) 磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。 (2) 磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由 N 极出来，绕到 S 极；在磁体内部， 磁感线的方向由 S 极指向 N 极。 (3) 任意两条磁感线不相交。 说明：磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线，实际上并不存在。 图 5-2 所示为条形磁铁的磁感线的形状。 3．匀强磁场 在磁场中某一区域，若磁场的大小方向都相同，这部分磁场称为匀强磁场。匀强磁场 的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线。 三、电流的磁场 1．电流的磁场 直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指 指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。 图 5-2 条形磁铁的磁感线 图 5-2 条形磁铁的磁感 线 图 5-1 磁感线
《电工基础》 环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定,方法是:让右手弯曲的四指和环形电流 方向一致,伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。 螺线管通电后,磁场方向仍可用安培定则来判定:用右手握住螺线管,四指指向电流 的方向,拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向 2.电流的磁效应 电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。电流的磁效应揭示了磁现象的电本 质 第二节磁场的主要物理量 磁感应强度 磁场中垂直于磁场方向的通电直导线,所受的磁场力F与电流/和导线长度l的乘积 Ⅱ的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度B B 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量 磁感应强度是一个矢量,它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中,磁感应强 度的单位是:特斯拉(T 用磁感线可形象的描述磁感应强度B的大小,B较大的地方,磁场较强,磁感线较密 B较小的地方,磁场较弱,磁感线较稀;磁感线的切线方向即为该点磁感应强度B的方向 匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。 二、磁通 在磁感应强度为B的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直,面积为S的平面,则B与S 的乘积,叫做穿过这个平面的磁通量Φ,简称磁通。即
《电工基础》 42 环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：让右手弯曲的四指和环形电流 方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。 螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向电流 的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。 2．电流的磁效应 电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。电流的磁效应揭示了磁现象的电本 质。 第二节 磁场的主要物理量 一、磁感应强度 磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受的磁场力 F 与电流 I 和导线长度 l 的乘积 Il 的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度 B。即 Il F B = 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。 磁感应强度是一个矢量，它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，磁感应强 度的单位是：特斯拉(T)。 用磁感线可形象的描述磁感应强度 B 的大小，B 较大的地方，磁场较强，磁感线较密； B 较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度 B 的方向。 匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。 二、磁通 在磁感应强度为 B 的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为 S 的平面，则 B 与 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量 ，简称磁通。即
《电工基础》 ①=BS 磁通的国际单位是韦伯(Wb) 由磁通的定义式,可得 即磁感应强度B可看作是通过单位面积的磁通,因此磁感应强度B也常叫做磁通密度 并用Wb/m2作单位 三、磁导率 1.磁导率H 磁场中各点的磁感应强度B的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关,还与磁场内媒 介质(又叫做磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时,介质的磁感应强度B将发 生变化,磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。 物质导磁性能的强弱用磁导率来表示。的单位是:亨利米(Hm)。不同的物质磁 导率不同。在相同的条件下,μ值越大,磁感应强度B越大,磁场越强:μ值越小,磁感 应强度B越小,磁场越弱。 真空中的磁导率是一个常数,用表示 10=4×10-7Hm 2.相对磁导率r 为便于对各种物质的导磁性能进行比较,以真空磁导率A为基准,将其他物质的磁导 率μ与A0比较,其比值叫相对磁导率,用表示,即 o 根据相对磁导率山的大小,可将物质分为三类: )顺磁性物质:μr略大于1,如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在 磁场中放置顺磁性物质,磁感应强度B略有增加。 (2)反磁性物质:μ略小于1,如氢、铜、石墨、银、锌等物质都是反磁性物质,又 叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质,磁感应强度B略有减小 (3)铁磁性物质:μ>>1,且不是常数,如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性 物质。在磁场中放入铁磁性物质,可使磁感应强度B增加几千甚至几万倍。 表5-1列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率 表5-1几种常用铁磁性物质的相对磁导率 相对磁导率 目对磁导率 已经退火的铁 未经退火的铸铁 变压器钢片 己经退火的铸铁 在真空中熔化的电解铁 镍铁合金 6000 “C”型玻莫合金 115000
《电工基础》 43 = BS 磁通的国际单位是韦伯(Wb)。 由磁通的定义式，可得 S B = 即磁感应强度B 可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度B 也常叫做磁通密度， 并用 Wb/m2 作单位。 三、磁导率 1．磁导率 磁场中各点的磁感应强度 B 的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内媒 介质(又叫做磁介质)的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时，介质的磁感应强度 B 将发 生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。 物质导磁性能的强弱用磁导率 来表示。 的单位是：亨利/米(H/m)。不同的物质磁 导率不同。在相同的条件下， 值越大，磁感应强度 B 越大，磁场越强； 值越小，磁感 应强度 B 越小，磁场越弱。 真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示 0 = 4 10−7 H/m 2．相对磁导率 r 为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空磁导率 0 为基准，将其他物质的磁导 率 与 0 比较，其比值叫相对磁导率，用 r表示，即 0 r = 根据相对磁导率 r的大小，可将物质分为三类： (1) 顺磁性物质： r 略大于 1，如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁性物质。在 磁场中放置顺磁性物质，磁感应强度 B 略有增加。 (2) 反磁性物质： r 略小于 1，如氢、铜、石墨、银、锌等物质都是反磁性物质，又 叫做抗磁性物质。在磁场中放置反磁性物质，磁感应强度 B 略有减小。 (3) 铁磁性物质：r >> 1，且不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、钴等物质都是铁磁性 物质。在磁场中放入铁磁性物质，可使磁感应强度 B 增加几千甚至几万倍。 表 5-1 列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。 表 5-1 几种常用铁磁性物质的相对磁导率 材 料 相对磁导率 材 料 相对磁导率 钴 未经退火的铸铁 已经退火的铸铁 镍 软钢 174 240 620 1120 2180 已经退火的铁 变压器钢片 在真空中熔化的电解铁 镍铁合金 “C”型玻莫合金 7000 7500 12 950 60 000 115 000
《电工基础》 四、磁场强度 在各向同性的媒介质中,某点的磁感应强度B与磁导率之比称为该点的磁场强度, 记做H。即 B=uH=Hou H 磁场强度H也是矢量,其方向与磁感应强度B同向,国际单位是:安培/米(A/m) 必须注意:磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电流的大小和导体的形 状有关,与磁介质的性质无关。 第三节磁场对电流的作用力 磁场对直线电流的作用力 1.安培力的大小 磁场对放在其中的通电直导线有力的作用,这个力称为安培力 (1)当电流的方向与磁感应强度B垂直时,导线受安培力最大,根据磁感应强度 F 可得 F=BIl (2)当电流Ⅰ的方向与磁感应强度B平行时,导线不受安培力作用。 (3)如图5-3所示,当电流/的方向与磁感应强度B之间有一定夹角时,可将B分解 为两个互相垂直的分量: 图5-3磁场对直线电流的作用 图5-4磁场对通电矩形线圈的作用力 一个与电流/平行的分量,B1=Bcos6另一个与电流I垂直的分量,B2= Sine。B1 对电流没有力的作用,磁场对电流的作用力是由B2产生的。因此,磁场对直线电流的作用 力为 F=B21= Basin 8 当θ=90°时,安培力F最大;当θ=0°时,安培力F=0
《电工基础》 44 四、磁场强度 在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度 B 与磁导率 之比称为该点的磁场强度， 记做 H。即 B H H B H 0 r = = = 磁场强度 H 也是矢量，其方向与磁感应强度 B 同向，国际单位是：安培/米(A/m)。 必须注意：磁场中各点的磁场强度 H 的大小只与产生磁场的电流 I 的大小和导体的形 状有关，与磁介质的性质无关。 第三节 磁场对电流的作用力 一、磁场对直线电流的作用力 1．安培力的大小 磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为安培力。 (1) 当电流 I 的方向与磁感应强度 B 垂直时，导线受安培力最大，根据磁感应强度 Il F B = 可得 F = BIl (2) 当电流 I 的方向与磁感应强度 B 平行时，导线不受安培力作用。 (3) 如图 5-3 所示，当电流 I 的方向与磁感应强度 B 之间有一定夹角时，可将 B 分解 为两个互相垂直的分量： 一个与电流 I 平行的分量，B1 = Bcos；另一个与电流 I 垂直的分量，B2 = Bsin。B1 对电流没有力的作用，磁场对电流的作用力是由 B2 产生的。因此，磁场对直线电流的作用 力为 F = B2 Il = BIlsin 当 = 90时，安培力 F 最大；当 = 0时，安培力 F = 0。 图 5-3 磁场对直线电流的作用 力 选自周绍敏教材 P.67 图 5-7 图 5-4 磁场对通电矩形线圈的作用力 矩