電磁場及電磁感應項目電工技術基礎課件

1..4.1電磁場及電磁感應

項目1：電工技術基礎任務1.磁場與磁路任務2.磁場對電流的作用任務3.電磁感應學習任務劉萬輝副教授任務1.磁場與磁路1.磁鐵定義：具有磁性的物體。性質：（1）磁鐵的兩端磁性最強，為磁極。指向南端的磁極叫南極（S）；指向北端的磁極叫北極（N）；（2）同性磁極互相排斥，異性磁極相互吸引。磁極之間的這種相互作用力，叫磁力；（3）磁鐵的N、S兩極相互依存，不能單獨存在；一、磁鐵與磁場一、磁鐵與磁場2.磁場定義：磁力作用的空間，具有力和能的性質。特性：磁場還具有強弱和方向，而且不同位置上的強弱和方向也是不同的。磁力線：帶有方向的閉合曲線。外部由N→S,內部S→N。磁場強弱：磁力線的疏密。磁場方向：磁力線在某點切線方向。1.通電直導體的磁場通電直導體的磁場是以導體為中心的同心圓，分布在垂直于導體的平面上，且越靠近導體的地方數量越多。二、電流的磁場磁場方向：與電流的方向滿足安培定則（右手螺旋），用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。2.通電環(huán)形體的磁場右手彎曲的四指與環(huán)形電流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是環(huán)形導線軸線上磁感線的方向。二、電流的磁場3.通電螺線管的磁場通電螺線管的磁場就是環(huán)形體磁場的疊加，所以判定環(huán)形電流的安培定則也可以判定螺線管的磁場，拇指所指的方向是螺線管內部的磁場方向。二、電流的磁場通電螺線管磁場的強弱與電流、匝數成正比1.定義：磁通通過的閉合路徑。幾種常用磁路如圖示。三、磁路2.組成：簡單磁路—由鐵心單獨組成；較復雜磁路—由鐵心及空氣隙兩部分組成3.磁路的歐姆定律：在磁路中，磁通Φ與產生磁通的磁通勢F（磁源）成正比，與磁路的磁阻Rm成反比，這就是磁路歐姆定律，即三、磁路注意：由于μ不是常數，它隨勵磁電流而變，所以不能直接應用于磁路的計算，它只能用于定性分析式中：磁通勢F=NI，用于產生磁通；

磁阻Rm=l/μS，表示磁路對磁通的阻礙作用；

l為磁路的平均長度；S為磁路的截面積。劉萬輝副教授任務2.磁場對電流的作用左手定則：伸平左手，使拇指與四指垂直，讓磁力線垂直穿過掌心，若四指指向為電流方向，則拇指的指向就是受力方向。一、磁場對通電導體的作用1.磁場對通電直導體的作用：電磁力：通電直導體在磁場中所受的力。電磁力定律：式中B—磁場的磁感應強度

I—線圈通入的電流

S—線圈的面積，矩形線圈

S=ab×adα—線圈平面與磁場的夾角一、磁場對通電導體的作用2.磁場對通電線圈的作用：通電線圈在磁場中會受到轉矩的作用，稱為電磁轉矩。單匝線圈：N匝線圈：通電線圈在磁場中，磁場總要使線圈平面轉到與磁力線相垂直的位置。電磁轉矩T的方向根據力偶確定。一、磁場對通電導體的作用N匝線圈：線圈受到的轉矩大小與線圈在磁場中的位置相關。線圈平面平行磁力線時，線圈平面垂直磁力線時因α=0°，cosα=1，故轉矩最大T=NBIS因α=90°，cosα=0，故轉矩最小T=0二、磁場對通電半導體的作用霍爾效應：在磁極磁場中放入一個長方形的半導體薄片，使磁力線垂直于半導體表面，當在半導體的一個側面上通入電流時，實驗發(fā)現在另一個側面上將出現一定的電壓?；魻栃a生的電壓叫霍爾電壓UH。

RH為霍爾系數d為半導體厚度劉萬輝副教授任務3.電磁感應一、直導體的感應電動勢感應電動勢的大小：式中B—磁感應強度

v—切割速度

L—有效長度

α—運動方向與磁場方向的夾角感應電動勢方向：用右手定則確定二、線圈的感應電動勢法拉第定律：線圈產生的感應電動勢的大小與穿過線圈的磁通量的變化率成正比。設線圈有N匝，磁通的變化率為dΦ/dt，則

楞次定律：在線圈回路中，感應電流的方向總是使其產生的磁場阻礙引起感應電流的磁通量的變化。用楞次定律判斷感應電流（電動勢）方向的步驟（1）確定線圈中磁通量的變化趨勢（增加或減?。?；（2）由楞次定律確定感應電流的磁場方向；（3）根據感應磁場方向，用右手螺旋定則確定感應電流方向；（4）根據一致原則由感應電流方向，定出感應電動勢方向。二、線圈的感應電動勢三、自感現象1、定義：由通入線圈的電流發(fā)生變化而產生感應電動勢的現象就稱為自感現象，由自感產生的感應電動勢稱為自感電動勢，用符號eL表示。電感是表示線圈中單位電流產生的自感磁鏈的物理量線圈的電感與線圈的尺寸、匝數以及附近的介質的磁導率等有關自感電動勢與電流的變化率（變化快慢）成正比。變化率越大，線圈的自感電動勢越大，相反，越小。在直流電路中，電流變化率為零，自感電動勢也為零，因此，線圈在直流電路中為短路狀態(tài)。注意：自感電動勢具有阻礙電流變化的性質三、自感現象2、應用：有利方面：濾波原理：當脈動電流中的交流成分通過鐵心線圈時，線圈會產生自感電動勢，這個自感電動勢對交流成分起阻礙作用，使交流成分受到很大的衰減；而直流成分通過線圈時不產生自感電動勢，因此直流成分會不受阻礙地通過線圈送到輸出端。三、自感現象2、應用：不利方面：在含有大電感的電器設備接通或斷開的瞬間會出現過電壓、過電流，使電器設備受到危害。三、自感現象在電流通路中，觸點起接通或斷開電路的作用。當凸輪轉動時，觸點依次接通和斷開，使通過一次線圈的電流急劇變化，將產生一個很高的自感電動勢，其方向與蓄電池的電動勢方向相同。兩個電壓疊加作用到觸點上，在觸點之間產生火花，使觸點燒壞。為了保護觸點，通常在觸點兩端并聯一個電容器C，以吸收貯藏在線圈中的磁場能，達到保護觸點的目的。四、互感現象1、定義：把由于一個線圈的電流變化而引起另一個線圈產生感應電動勢的現象就稱為互感現象，由互感產生的感應電動勢稱為互感電動勢，用eM表示。互感電動勢與施感電流的變化率（變化快慢）成正比四、互感現象2、應用：有利方面：點火的過程如下：在觸點斷開瞬間，由于一次線圈的電流發(fā)生變化，會在二次線圈中產生高達10kV以上的互感電壓。高電壓加在火花塞電極兩端，將引起火花塞極間跳火，從而點燃汽缸中的可燃混和氣，使發(fā)動機工作。四、互感現象2、應用：不利方面：互感現象帶來危害在電子設備中，若線圈之間的位置安