2022-2023学年高二物理竞赛课件：磁路的基本定律

磁路的基本定律 一. 磁场的几个常用量及电磁定律 磁感应强度（又称磁通密度）B —— 表征磁场强弱及方向的物理量,方向与产生磁场的电流方向可以用右手螺旋定则来确定。单位：T(Wb/m2) 磁场强度H —— 计算磁场时引用的物理量。 B=μH ，单位：A/m μ —磁导率，表示物质磁导能力大小的量 磁路的基本定律 磁通量Φ —— 垂直穿过某截面积的磁力线总和。 磁通量Φ等于磁通密度乘以面积 均匀磁场 ，单位：Wb 电磁定律 法拉第电磁感应定律奠定了电机学的理论基础。 1. 电磁感应定律 法拉第通过实验发现了电磁学中最重要的规律——电磁感应定律，揭示了磁通与电压之间存在如下关系： 1）如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势； 2）感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 2. 导体在磁场中的感应电动势 磁场的变化会产生感应电动势。如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，因此根据法拉第电磁感应定律，同样会在导体中产生感应电动势，其大小为 感应电动势方向判断 感应电势与磁场、导体运动速度之间的右手定则 3. 载流导体在磁场中的电磁力 如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力，又称洛仑兹力或安培力。载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关。当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F与磁通密度B、导体长度l以及通电电流强度i成正比，即 电磁力方向判断 通电导体产生的电磁力与电流、磁场之间的左手定则 载流导体在磁场中产生电磁力的原理是电动机最重 要的理论基础。 电机是进行机电能量转换的装置 。磁场是电机实现机电能量转换的耦合介质，磁场的路径（磁通所通过的路径）称为磁路。 二. 磁路的概念 交流磁路 直流磁路 磁路通常由高磁导率的磁性材料组成，通过磁路将磁通约束在特定的路径中。在工程中，通常将磁场问题简化为磁路问题。 三、磁路的基本定律 1、安培环路定律 沿任何一条闭合回线L，磁场强度H的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和，电流的正方向与闭合回线的绕行方向符合右手螺旋关系 如果在均匀磁场中，沿着回线 L 磁场强度H 处处相等，且闭合回线所包围的总电流是由通有电流 的N匝线圈所提供，则 磁通量Φ等于磁通密度乘以面积 磁场强度等于磁通密度除以磁导率 2、磁路的欧姆定律 作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量 Φ乘以磁阻 作用在磁路上的磁动势为铁心磁路上的安匝数，即 根据安培环路定律 [例1-1] 有一闭合铁心磁路，铁心的截面积A=9×10-4m2, 磁路的平均长度 l =0.3m，铁心的磁导率μFe=5000μ0，套装在铁心上的励磁绕组为500匝。试求在铁心中产生1T的磁通密度时，需要多少励磁磁动势和励磁电流？ 解 用安培环路定律求解如下 磁路和电路有相似之处，却要注意有以下几点差别： 1）电路中有电流I 时，就有功率损耗；而在直流磁路 中，维持一定磁通量，铁心中没有功率损耗。 2）电路中的电流全部在导线中流动；而在磁路中，总 有一部分漏磁通。 3）电路中导体的电阻率在一定的温度下是恒定的；而磁 路中铁心的磁导率随着饱和程度而有所变化。 4）对于线性电路，计算时可以用叠加原理；而在铁心饱 和磁路中，B和H之间的关系为非线性，因此计算时不 可以用叠加原理。 载流导体在磁场中的电磁力 $