1.1 磁场的物理量与基本定律（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目1 电机分析中常用的电磁定律及材料 1.1 磁场的物理量与基本定律 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够准确描述磁场的基本物理量，包括磁感应强度 B、磁通、磁导率 u、磁场强度 H 和磁动势 F 的定义、单位及相互关系。 2.理解电流的磁效应，即掌握电生磁的原理和现象，能判断通电导体周围磁场的方向。 能力目标 1.提升逻辑思维能力，能够运用所学知识进行推理、分析和解决磁场相关的问题。 2.锻炼计算能力，能够准确计算磁场中的各种物理量，如磁感应强度、磁通、感应电动势等。 情感目标 1.通过对磁场现象的学习，激发对物理学科的好奇心和探索欲望，培养科学探究的精神。 2.在学习过程中，体会物理学的严谨性和逻辑性，培养认真、细致的学习态度。 项目1 电机分析中常用的电磁定律 导入情景 01 磁悬浮列车 电磁炉 新知学习 02 一、描述磁场的基本物理量 1.磁感应强度 B 磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度，是用来描述磁场强弱和方向的基本物理量，常用符号 B 表示。磁感应强度的大小为通过该点与 B 垂直的单位面积上磁感应线的数目，磁场强的地方，磁感应线密，相反则疏。电流可以产生磁场，即电生磁，这是电机或变压器的工作原理之一。磁感应强度的单位是特(T)。 新知学习 02 一、描述磁场的基本物理量 2.磁通Φ 磁感应强度与垂直于磁场方向的面积S的乘积，称为通过该面积的磁通Φ，即 均匀磁场磁，感应线垂直通过S 新知学习 02 一、描述磁场的基本物理量 3.磁导率u 通电线圈产生的磁场强弱与磁力线穿过的介质有关。同样的通电线圈在铁磁性物质中产生的磁场远大于在非磁性物质中产生的磁场，表示介质的这种导磁性质的物理量叫作磁导率，用符号u表示。 真空中的磁导率( )为常数。 一般材料的磁导率 从 和真空中的磁导率之比称为这种材料的相对磁导率 新知学习 02 一、描述磁场的基本物理量 根据磁性质的不同，可以将物质分为 3 类: 第一类为顺磁性物质，如空气、铝等，它们的磁导率比真空磁导率略大; 第二类为逆磁性物质，如氢、铜等，它们的磁导率略小于真空磁导率: 第三类为铁磁性物质，如铁、钻、镍等，它们的磁导率是真空磁导率的几百倍甚至几千倍其磁导率与磁场强弱有关，不是一个常数。 第一类和第二类一般统称为非磁性物质。 新知学习 02 一、描述磁场的基本物理量 4.磁场强度H 磁场中某点的磁感应强度 B 与该点的磁导率u的比值，称为该点的磁场强度，用 H 表示，即 磁场内某一点的磁场强度只与电流大小、线圈匝数及该点的几何位置有关，而与磁场介质的磁性无关。 新知学习 02 一、描述磁场的基本物理量 5.磁动势 F 电流流过导体所产生磁通量的势力，称为磁动势，是用来度量磁场或电磁场的一种量，类似于电场中的电动势或电压。此外，永磁材料也以某种方式表现出磁动势。磁动势用F表示单位为 A。对于电流流过导体所产生的磁动势用如下公式表示 新知学习 02 二、电流的磁效应——电生磁 只要导体中有电流，其周围就会产生磁场。一般用磁感应线(磁力线)来描述磁场。图 1-1所示是几种载流导体产生的磁场分布情况。由图 1-1 可知，磁力线都是围绕电流的闭合曲线磁力线的方向与电流方向符合右手螺旋定则，右手螺旋定则也叫安培定则。 新知学习 02 二、电流的磁效应——电生磁 直线电流的磁感应线 圆电流的磁感应线 新知学习 02 三、电磁感应定律——磁变生电 电磁感应定律即法拉第定律，是指因磁通量变化产生感应电动势的现象。设一线圈处于磁场中，当通过该线圈的磁通总量发生变化时，线圈中将有感应电动势产生。 对于第一种情况，感应电动势的公式为 只要，就有电磁感应发生 新知学习 02 三、电磁感应定律——磁变生电 式中，Ψ称为磁链，它表示N匝线圈所交链的总磁通，即 Ψ=NΦ 感应电动势的方向可用楞次定律判断。楞次定律的定义为: 闭合回路中感应电流的方向总是使得它所激发的磁场来阻止引起感应电流的磁通量的变化。 新知学习 02 三、电磁感应定律——磁变生电 根据楞次定律，在图 1-2 中当dΦ/dt>0时，e的实际方向为A正、X负;dΦ/dt<0 时，e的实际方向为A负、X正，由此可见，e 总与 dΦ/dt 的方向相反。 对于第二种情况，如果直导线在均匀磁场中运动，且导体与磁力线、运动方向之间两两垂直，则感应电动势的公式为 e=Blv 新知学习 02 三、电磁感应定律——磁变生电 式中B——导体所在处的磁感应强度; l——导体的有效长度; v——导体切割磁力线的线速度。 感应电动势的方向也可用右手螺旋定则判断，如图 1-3 所示。 在变压器的分析中，主要用到楞次定律，即交变的磁通在变压器绕组中感应出电动势，产生电流，而在电机的分析中，两种感应方式都有，运行时主要用导体切割磁场的方式分析。 新知学习 02 四、电磁力定律——电磁生力 载流导体处于磁场中会受到力的作用，这种力称为电磁力，也叫安培力。电磁生力是电动机旋转的原因。 当磁力线与导体的方向相互垂直时，载流导体受到的电磁力公式为 式中 B——导体所在处的磁感应强度: ——导体的有效长度; ——载流导体中流过的电流。 电磁力的方向由左手定则判断，如图 1-4 所示，大拇指指向导体受力的方向。 新知学习 02 五、磁路的欧姆定律 磁通总是要形成闭合的回路，为了使大部分磁通通过铁芯，电机或变压器中总是采用磁导率很大的铁磁性材料制作铁芯。电路中把电流通过的路径称为电路，同理把磁通通过的路径称为磁路，电路有欧姆定律，磁路同样也有磁路的欧姆定律。如图所示是一个由材料相同截面积相等的铁磁性材料构成的闭合磁路，则有 新知学习 02 五、磁路的欧姆定律 由 可得 新知学习 02 五、磁路的欧姆定律 磁阻与磁路的长度成正比，与截面积及磁导率成反比，因为铁磁性材料的磁导率远大于非磁性材料，所以铁磁性材料的磁阻远小于非磁性材料，故图 1-5 中磁通大部分从铁芯中通过。 新知学习 02 六、磁路的基尔霍夫定律 1.基尔霍夫第一定律 穿出或进入任一闭合面的总磁通量恒等于零，类似于电路的基尔霍夫第一定律，称为磁路的基尔霍夫第一定律。 图 1-6 所示的三相变压器铁芯结构，给线圈通电，假如磁通的方向如图 1-6 所示，若规定进入闭合面4的磁通为正，穿出闭合面A的磁通为负，则对闭合面A有 即 新知学习 02 六、磁路的基尔霍夫定律 新知学习 02 六、磁路的基尔霍夫定律 2.基尔霍夫第二定律 电机和变压器的磁路不一定由同样的材料组成，可能含有气隙。在磁路计算中，可把整个磁路分为若干段，每段为同一种材料，截面积和磁感应强度相等，磁场强度也相等。根据安培环路定律和磁路欧姆定律，可得 式中——各段磁路的长度; H——各段磁路的磁场强度; Φ——各段磁路的磁通; Rm——各段磁路的磁阻。 新知学习 02 六、磁路的基尔霍夫定律 定义H为一段磁路上的磁压降，NI是作用在磁路上的总磁动势，故式子表明，沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁路磁压降的代数和，类似于电路的基尔霍夫第二定律，称为磁路的基尔霍夫第二定律。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 磁通的单位是（ ）。 A. 韦伯（Wb） B. 特斯拉（T） C. 亨利（H） D. 安培 / 米（A/m） 答案：A。 解析：磁通的单位是韦伯（Wb）。特斯拉是磁感应强度的单位；亨利是自感系数的单位；安培 / 米是磁场强度的单位。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 磁场强度 H 的单位是（ ）。 A. 韦伯（Wb） B. 特斯拉（T） C. 亨利（H） D. 安培 / 米（A/m） 答案：D。 解析：磁场强度 H 的单位是安培 / 米（A/m）。韦伯是磁通的单位；特斯拉是磁感应强度的单位；亨利是自感系数的单位。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 通电直导线周围的磁场方向可以用（ ）来判断。 A. 左手定则 B. 右手定则 C. 安培定则 D. 楞次定律 答案：C。 解析：安培定则用来判断通电直导线周围的磁场方向。左手定则判断通电导线在磁场中受力的方向；右手定则判断导体切割磁感线产生感应电流的方向；楞次定律判断感应电流的方向。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 产生感应电动势的条件是（ ）。 A. 导体切割磁感线 B. 穿过闭合回路的磁通量发生变化 C. 有磁场存在 D. 有电流通过导体 答案：B。 解析：产生感应电动势的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化。导体切割磁感线是产生感应电动势的一种情况，但不是唯一条件；有磁场存在和有电流通过导体不一定产生感应电动势。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 安培力的方向可以用（ ）来判断。 A. 左手定则 B. 右手定则 C. 安培定则 D. 楞次定律 答案：A。 解析：左手定则判断通电导线在磁场中受力的方向。右手定则判断导体切割磁感线产生感应电流的方向；安培定则判断通电直导线周围的磁场方向；楞次定律判断感应电流的方向。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 在磁路中，磁通与磁动势成正比，与磁阻成（ ）。 A. 正比 B. 反比 C. 无关 D. 不确定 答案：B。 解析：根据磁路的欧姆定律，磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 磁路的基尔霍夫第二定律是（ ）。 A. 磁动势之和等于磁阻之和 B. 磁通之和等于零 C. 磁动势之和等于零 D. 磁动势等于磁通与磁阻之积 答案：D。 解析：磁路的基尔霍夫第二定律是磁动势等于磁通与磁阻之积，类似于电路中的基尔霍夫第二定律（回路电压定律）。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 磁路的欧姆定律中，磁阻的单位是（ ）。 A. 亨利（H） B. 1 / 亨利（1/H） C. 欧姆（Ω） D. 1 / 欧姆（1/Ω） 答案：1 / 亨利（1/H）。 解析：磁路的欧姆定律中，磁阻的单位是 1 / 亨利（1/H）。亨利是自感系数的单位，磁阻与自感系数成反比。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 一线圈,匝数N=1000，绕在铸钢制成的铁心上,铁心截面积S=20铁心平均长度l=50cm，该磁路如图所示。 问：欲在铁心中产生磁通Φ=0.002Wb，应在绕组中通入多大的直流励磁电流? 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 答案：当磁路完全由铸钢制成时，是均匀磁路。 =1(T) 查图知铸钢材料在B=1T时，H=1000A/m =0.5(A) 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 解释磁路的基尔霍夫第一定律和第二定律的含义。 答案： 磁路的基尔霍夫第一定律：在磁路的任何一个节点处，进入节点的磁通之和等于离开节点的磁通之和。即类似于电路中的节点电流定律。 磁路的基尔霍夫第二定律：在磁路的任一闭合回路中，各段磁位差的代数和等于磁动势的代数和。即类似于电路中的回路电压定律。 1.磁感应强度 B：是描述磁场强弱和方向的物理量，它就像磁场的 “力量指标”，决定了磁场对电流或运动电荷的作用力大小。单位是特斯拉（T）。 2.磁通：可以看作是穿过某一面积的磁感线的条数，用Φ表示。它反映了磁场在一定面积上的分布情况，单位是韦伯（Wb）。 3.电流的磁效应（电生磁）：奥斯特发现了电流的磁效应，告诉我们电流可以产生磁场。我们学会了用安培定则来判断通电直导线和通电螺线管周围磁场的方向。 4.磁路的基尔霍夫定律第一定律：在磁路的节点处，进入节点的磁通之和等于离开节点的磁通之和，就像电路中节点处的电流一样。 第二定律：在磁路的闭合回路中，磁动势等于磁通与磁阻之积的代数和，与电路的回路电压定律相似。 课堂小结 04 作业布置 05 简述电流的磁效应。 解释磁路的欧姆定律。 有一磁路，磁动势为 1000A・匝，磁阻为 2×10⁵ 1/H，求磁通是多少？ 感谢观看 $$