模块四　磁场与电磁感应《电工基础》（劳保版，第二版）

模块四 磁场与电磁感应 145 课题四　铁磁材料与磁路 课题二　电磁感应 课题一　磁场 课题三　自感和互感 课题一　磁场 147 学习目标 1. 能应用右手螺旋定则判断通电直导体的磁场方向。 2. 理解磁感应强度、磁通、磁导率的概念。 3. 理解磁场对电流的作用力 （ 电磁力） ，能用左手定则判断电磁力的方向。 4. 了解磁场对通电线圈的作用及其应用。 148 模块四　磁场与电磁感应 从古老的指南针，到今天广为应用的磁卡、扬声器、电磁炉、电磁铁、电动机、变压器等，还有无须车轮便可飞速行驶的磁悬浮列车，磁和电一样，与我们的生产和生活紧密相连，让世界变得绚丽多彩，如图所示。 149 磁的应用 模块四　磁场与电磁感应 一、磁场与磁感线 当两个磁极靠近时，它们之间会产生相互作用的力： 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 两个磁极互不接触，却存在相互作用的力，这是为什么呢? 原来在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质———磁场，磁极之间的作用力就是通过磁场进行传递的。 150 模块四　磁场与电磁感应 小磁针的指向表示该点的磁场方向。实际上，当把蹄形磁铁放在玻璃板下时，一粒粒铁屑也就被磁化成一个个 “小磁针” 了，进而便在磁场的作用下形成有序的排列。根据铁屑的分布和磁场中各点的小磁针 N 极的指向，可以画出一些曲线来描述磁场。这样的曲线称为磁感线，如图所示。在这些曲线上，每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是放在该点的磁针 N 极所指的方向，如图所示。 151 用铁屑模拟磁场分布 模块四　磁场与电磁感应 磁感线的方向定义为： 在磁体外部由 N 极指向 S极，在磁体内部由 S 极指向 N 极。磁感线是闭合曲线。 磁场越强的地方，磁感线越密。磁场中某一平面上所通过磁感线的数量称为磁通量，简称磁通，磁通的单位是韦伯 （Wb），简称韦。 152 蹄形磁铁的磁感线 磁感线方向与磁场方向 模块四　磁场与电磁感应 在磁场的某一区域里，如果磁感线是一些方向相同、分布均匀的平行直线，这一区域称为均匀磁场。距离很近的两个异名磁极之间的磁场，除边缘部分外，就可以认为是均匀磁场，如图所示。 153 均匀磁场 模块四　磁场与电磁感应 二、电流的磁场 当靠近通电直导体时，小磁针偏转，改变直导体中的电流方向，小磁针的偏转方向也随之改变，如图所示。这说明，通电直导体周围存在磁场，其方向与电流方向有关。 154 把小磁针放在通电直导体下方，小磁针发生偏转 模块四　磁场与电磁感应 在铁钉上缠绕漆包线，通上电流后，铁钉就能吸住小铁钉了。绕上漆包线的铁钉实际就是一个有铁芯的螺线管，如图所示。同样，也可以把小磁针放在通电螺线管附近不同位置，根据磁针的指向来研究它周围磁场的分布。 155 接通电源，缠绕漆包线的铁钉就能吸住小铁钉了 模块四　磁场与电磁感应 不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场。电流所产生磁场的方向可用右手螺旋定则 （也称安培定则） 来判断，见下表。 156 右手螺旋定则 模块四　磁场与电磁感应 通电螺线管表现出来的磁性与条形磁铁相似，一端相当于 N 极，另一端相当于 S极，改变电流方向，它的两极就对调。其外部的磁感线也是从 N 极出，S 极入；内部的磁感线跟螺线管的轴线平行，方向由 S 极指向 N 极，并和外部的磁感线连接，形成闭合曲线。 157 模块四　磁场与电磁感应 三、磁场对电流的作用 1. 磁场对通电直导体的作用 可以看到，通电后直导体因受力而发生运动。当改变磁场方向或改变直导体中的电流方向后，直导体的受力方向随之改变。 通常把通电直导体在磁场中受到的力称为电磁力。通电直导体在磁场内所受电磁力的方向可用左手定则来判断。如图所示，平伸左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直穿入掌心，并使四指指向电流的方向，则拇指所指的方向就是通电直导体所受电磁力的方向。 158 模块四　磁场与电磁感应 159 左手定则 模块四　磁场与电磁感应 通电直导体在磁场中所受电磁力的大小，既与直导体长度 l 成正比，又与电流大小 I 成正比。 在磁场中同一个地方，无论电流大小和直导体长度怎样改变，比值 是恒定不变的。在磁场中不同的地方，这个比值可能是不同的值；在不同的磁场中，这个比值也可能是不同的值。可见，这个比值是由磁场本身决定的，其大小反映了磁场的强弱。 在磁场中，垂直于磁场方向的通电直导体所受电磁力 F 与电流 I 和直导体长度 l 的乘积 Il 的比值称为该处的磁感应强度，用 B 表示，即 160 模块四　磁场与电磁感应 磁感应强度的单位是特斯拉，简称特 （T）。磁感应强度是个矢量，它的方向就是该点的磁场的方向。 利用磁感应强度的表达式 ，可得电磁力的计算式为 F = BIl 如果电流方向与磁场方向不垂直，而是有一个夹角 α，如图所示，则通电直导体的有效长度为 lsinα （即 l 在与磁场方向相垂直方向上的投影）。此时，电磁力的计算式变为 F = BIlsinα 161 模块四　磁场与电磁感应 从这个公式可以看出： α = 90°时，电磁力最大；α = 0°时，电磁力最小；当电流方向与磁场方向斜交时，电磁力介于最大值和最小值之间。 162 电流方向与磁场方向有一夹角 α 模块四　磁场与电磁感应 2. 通电平行直导体间的作用 两条相距较近且相互平行的直导体，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引，如图 a 所示；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥，如图 b 所示。这是由于每根直导体都处在另一根直导体所产生的磁场中，因而每根直导体都受到电磁力的作用。 163 通电平行直导体间的相互作用 a） 通入同方向电流的平行直导体相互吸引 　b） 通入反方向电流的平行直导体相互排斥 模块四　磁场与电磁感应 发电厂或变电所的母线排就是这种互相平行的载流直导体，它们之间经常受到这种电磁力的作用。尤其在发生短路事故时，通过母线的电流会骤然增大几十倍，这时两排平行母线之间的作用力可以达到几千牛顿。为了使母线不致因短路时所产生的巨大电磁力作用而受到破坏，所以每间隔一定间距就安装一个绝缘支柱，以平衡电磁力。 164 模块四　磁场与电磁感应 3. 磁场对通电线圈的作用 磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本原理。 线圈的旋转方向可用左手定则判断。当线圈平面与磁感线平行时，线圈在 N 极一侧的有效部分所受电磁力向下，在 S 极一侧的有效部分所受电磁力向上，线圈按顺时针方向转动，这时线圈所产生的转矩最大。当线圈平面与磁感线垂直时，电磁转矩为零，但线圈仍靠惯性继续转动。通过换向器的作用，与电源负极相连的电刷 A 始终与转到 N 极一侧的导线相连，电流方向恒为由电刷 A 流出线圈；与电源正极相连的电刷 B 始终与转到 S 极一侧的导线相连，电流方向恒为由电刷 B 流入线圈。因此，线圈始终按顺时针方向连续旋转。 165 模块四　磁场与电磁感应 由于这种电动机的电源是直流电源，所以称为直流电动机。此外，许多利用永久磁铁来使通电线圈偏转的磁电系仪表，也都是利用这一原理制成的，如图所示。 166 磁电系仪表结构图 模块四　磁场与电磁感应 课题二　电磁感应 167 学习目标 1. 理解感应电动势的概念，能用右手定则判断感应电动势的方向。 2. 掌握楞次定律及其应用，理解法拉第电磁感应定律。 168 模块四　磁场与电磁感应 如图所示现象都与电磁感应有着密切的联系。 169 电磁感应现象 模块四　磁场与电磁感应 一、电磁感应现象 当条形磁铁静止时，检流计的指针不偏转，表明线圈中无电流。当条形磁铁快速地插入或拔出线圈时，检流计指针偏转，表明线圈中有电流流过。 当条形磁铁以更快的速度插入或拔出线圈时，指针的偏转角度变大，表明线圈中的电流增大。 这种利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流，产生感应电流的电动势称为感应电动势。 170 模块四　磁场与电磁感应 在开关 S 接通或断开瞬间，检流计指针都会发生偏转，表明 A 线圈中有感应电流。如果在开关 S 闭合后，迅速移动滑动变阻器的滑片，指针也偏转，A 线圈中也有感应电流。 在第一个实验中，磁铁插入线圈时，线圈中的磁通增加；磁铁从线圈中拔出时，线圈中的磁通减小。这两种情况下线圈中都有感应电流。 在第二个实验中，B 线圈中电流迅速变化，引起 A 线圈中磁通也迅速变化，于是 A 线圈中也有感应电流。 从上面两个实验可以看出，感应电流的产生与磁通的变化有关。当穿过闭合电路的磁通发生变化时，闭合电路中就有感应电流。 171 模块四　磁场与电磁感应 二、楞次定律 在第一个实验中，当条形磁铁插入或拔出时，检流计指针的偏转方向是相反的，如果改变磁铁极性，检流计指针偏转方向也会随之改变。在第二个实验中，开关 S 接通或断开瞬间，检流计指针的偏转方向也是相反的，那么，感应电流的方向与哪些因素有关呢? 楞次定律指出了磁通的变化与感应电动势在方向上的关系，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通的变化。 172 模块四　磁场与电磁感应 三、法拉第电磁感应定律 磁铁插入或拔出的速度越快，指针偏转角度越大，反之越小。而磁铁插入或拔出的速度，反映的是线圈中磁通变化的速度。即线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。 用 ΔΦ 表示时间间隔 Δt 内一个单匝线圈中的磁通变化量，则一个单匝线圈产生的感应电动势的大小为 如果线圈有 N 匝，则感应电动势的大小为 173 模块四　磁场与电磁感应 四、直导体切割磁感线产生感应电动势 感应电动势的方向可用右手定则判断。如图所示，平伸右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线穿入掌心，拇指指向导体运动方向，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。 174 右手定则 模块四　磁场与电磁感应 当导体、导体运动方向和磁感线方向三者互相垂直时，导体中的感应电动势为 e = Blv 如果导体运动方向与磁感线方向有一夹角 α，如图所示，则导体中的感应电动势为 e = Blvsinα 175 导体运动方向与磁感线方向有一个夹角 α 模块四　磁场与电磁感应 由上式可知，当导体的运动方向与磁感线垂直时 （α = 90°），导体中感应电动势最大；当导体的运动方向与磁感线平行时 （α = 0°），导体中感应电动势为零。 发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理发电的，如图所示。实际应用中，将导线做成线圈，使其在磁场中转动，从而得到连续的电流。 176 发电机原理图 模块四　磁场与电磁感应 课题三　自感和互感 177 学习目标 1. 了解自感现象、互感现象及其应用。 2. 理解自感系数和互感系数的概念。 3. 理解同名端的概念，能判断和测定互感线圈的同名端。 178 模块四　磁场与电磁感应 一、自感 1. 自感现象 由于流过线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象称为自感现象，简称自感。在自感现象中产生的感应电动势称为自感电动势，用 eL 表示，自感电流用 iL 表示。自感电动势的方向可结合楞次定律和右手螺旋定则来确定。 179 模块四　磁场与电磁感应 2. 自感系数 当线圈中通入电流后，这一电流使每匝线圈所产生的磁通称为自感磁通。同一电流通入结构不同的线圈时，所产生的自感磁通是不相同的。为了衡量不同线圈产生自感磁通的能力，引入自感系数 （也称电感） 这一物理量，用 L 表示，它在数值上等于一个线圈中通过单位电流所产生的自感磁通。即 式中，N 为线圈的匝数；Φ 为每一匝线圈的自感磁通；L 的单位是亨利，用 H 表示，常用较小的单位有毫亨 （mH） 和微亨 （μH）。 180 模块四　磁场与电磁感应 一般高频电感器的电感较小，为 0. 1 ~ 100 μH；低频电感器的电感为 1 ~ 30 mH。 线圈的电感是由线圈本身的特性决定的。线圈越长，单位长度上的匝数越多，截面积越大，电感就越大。有铁芯的线圈，其电感要比空心线圈的电感大得多。 空心线圈的结构一定时，可近似地看成线性电感；而有铁芯的线圈，其电感不是一个常数，这种电感称为非线性电感。 181 模块四　磁场与电磁感应 3. 自感电动势 自感现 象是电磁感应现象的一种特殊情况，它也遵从法拉第电磁感应定律。将NΔΦ = LΔI 代入 e = ，可得自感电动势大小的计算式为 上式表明，自感系数不变时，自感电动势的大小与电流的变化率成正比，电流变化率越大，自感电动势越大，反之亦然。所以电感 L 也反映了线圈产生自感电动势的能力。 182 模块四　磁场与电磁感应 自感现象在各种电气设备和无线电技术中有广泛的应用，例如，荧光灯镇流器就是利用线圈自感现象工作的。自感现象也有不利的一面，例如，在自感系数很大的电路 （如大型电动机的定子绕组） 中，在切断电路的瞬间，由于电流在很短的时间内发生很大的变化，会产生很高的自感电动势，使开关闸刀和固定夹片之间的空气电离从而产生电弧。这会烧坏开关，甚至危及人身安全。因此，切断这一段电路，必须采用特制的安全开关。 183 模块四　磁场与电磁感应 二、互感 1. 互感现象和互感电动势 在开关 S 闭合或断开瞬间以及改变 RP 的阻值时，检流计的指针都会发生偏转。这是因为当线圈 A 中的电流发生变化时，通过线圈的磁通也发生变化，该磁通的变化必然又影响线圈 B，使线圈 B 中产生感应电动势和感应电流。 通常把这种由一个线圈中的电流发生变化而在另一线圈中产生电磁感应的现象称为互感现象，简称互感。由互感产生的感应电动势称为互感电动势，用 eM 表示。 184 模块四　磁场与电磁感应 线圈 B 中互感电动势的大小不仅与线圈 A 中电流变化率的大小有关，而且与两个线圈的结构以及它们之间的相对位置有关。当两个线圈相互垂直时，互感电动势最小。当两个线圈互相平行，且第一个线圈的磁通变化全部影响到第二个线圈时，称为全耦合，此时的互感电动势最大。 185 模块四　磁场与电磁感应 式中 M 称为互感系数，简称互感，单位和自感一样，也是亨 （H）。 利用互感线圈可以很方便地把能量由一个线圈传递到另一个线圈。变压器、电压互感器、电流互感器等都是利用互感现象制成的；收音机里的磁性天线也是利用互感现象把接收到的无线电信号由一个线圈传递到另一个线圈的。 186 模块四　磁场与电磁感应 2. 互感线圈的同名端 当两个或两个以上线圈彼此耦合时，常常需要知道互感电动势的极性。虽然可用楞次定律来判断，但比较复杂。尤其是对于已经制造好的互感器，从外观上无法知道线圈的绕向，判断互感电动势的极性就更加困难。 利用线圈同名端，可以很容易地判断互感电动势的极性，了解线圈的绕向。通常把由于线圈绕向一致而产生感应电动势的极性始终保持一致的端子称为线圈的同名端，用“·” 或 “∗” 表示。 187 模块四　磁场与电磁感应 在下图中，1、4、5 就是一组同名端。下面分析在开关 S 闭合瞬间各线圈感应电动势的极性。 开关 S 闭合瞬间，线圈 A 有电流从 1 端流进，根据楞次定律，在线圈 A 两端产生自感电动势，极性为左正右负。利用同名端可确定线圈 B 的 4 端和线圈 C 的 5 端皆为自感电动势的正端。 188 互感线圈的同名端 模块四　磁场与电磁感应 3. 互感线圈的连接 两个线圈的一对异名端相接称为顺串，如图所示，这时两个线圈的磁通方向是相同的，串接后的等效电感： L顺 = L1 +L2 +2M 189 两个互感线圈顺串 模块四　磁场与电磁感应 有些具有中心抽头的线圈，要求两组线圈完全相同。为了满足这一要求，可以用两根相同的漆包线平行地绕在同一铁芯上，然后再把两个线圈的异名端接在一起作为中心抽头。 两个线圈的一对同名端相接称为反串，如图所示，这时两个线圈的磁通方向是相反的，串接后的等效电感： L反 = L1 +L2 -2M 190 两个互感线圈反串 模块四　磁场与电磁感应 如果将两个相同线圈的同名端接在一起，则两个线圈所产生的磁通在任何时候都是大小相等而方向相反的，因而相互抵消。这样接成的线圈就不会有磁通穿过。所以，在绕制电阻时，将电阻线对折，双线并绕，就可以制成无感电阻，如图所示。 191 无感电阻的绕制方法 模块四　磁场与电磁感应 课题四　铁磁材料与磁路 192 学习目标 1. 理解铁磁材料的磁化以及磁化曲线、磁滞回线与铁磁材料性能的关系。 2. 了解铁磁材料的分类及应用。 3. 理解磁动势和磁阻的概念以及磁路欧姆定律。 4. 熟悉电磁铁的组成及应用。 193 模块四　磁场与电磁感应 一、铁磁物质的磁化 1. 磁导率与铁磁材料 在两种情况下吸力大小不同，前者比后者大得多。这表明不同的磁介质对磁场的影响不同。影响的程度与磁介质的导磁性能有关，磁导率就是一个用来表示磁介质导磁性能的物理量，用 μ 表示，其单位为 H / m （亨 / 米）。真空的磁导率 μ0 为一常数，为了比较磁介质对磁场的影响，把任一物质的磁导率与真空的磁导率的比值称为相对磁导率，用 μr 表示，即 194 模块四　磁场与电磁感应 铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等的相对磁导率 μr 远大于 1，可达几百甚至数万以上，统称为铁磁材料；空气、铝、铬等的 μr 稍大于 1，氢、铜等的 μr 稍小于 1，统称为非铁磁材料。 195 模块四　磁场与电磁感应 2. 铁磁材料的磁化 小铁片靠近磁铁一段时间后就有了磁性，但小铜片就没有这样的效果。使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。只有铁磁材料才能被磁化，而非铁磁材料是不能被磁化的。这是因为铁磁材料物质可以看作由许多被称为磁畴的小磁体所组成。在无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显磁性，如图 a 所示。但在外磁场作用下，磁畴就会沿着外磁场方向变成整齐有序的排列，所以整体也就具有了磁性，如图 b 所示。 196 模块四　磁场与电磁感应 197 铁磁物质的磁化 a） 不带磁性的铁片　b） 铁片被磁化 模块四　磁场与电磁感应 二、磁化曲线与磁滞回线 在实际应用中，总是利用电流产生的磁场来使铁磁材料磁化。例如，在通电线圈中放入铁芯，铁芯就被磁化了，如图 a 所示。当一个线圈的结构、形状、匝数都已确定时，线圈中的磁通 Φ 随电流 I 变化的规律可用 Φ—I 曲线来表示，称为磁化曲线，如图b所示。它反映了铁芯的磁化过程。 198 磁化实验与磁化曲线 a） 利用电流产生的磁场磁化铁芯　b） 磁化曲线 模块四　磁场与电磁感应 当 I = 0 时，Φ = 0；当 I 增加时，Φ 随之增加。但 Φ 与 I 的关系是非线性的。 曲线 Oa 段较为陡峭，Φ 随 I 近似成正比增加。 b 点以后的部分近似平坦，这表明即使再增大线圈中的电流 I，Φ 也近似不变，铁芯磁化到这种程度称为磁饱和。 a 点到 b 点是一段弯曲的部分，称为曲线的膝部。这表明从未饱和到饱和是逐步过渡的。 199 模块四　磁场与电磁感应 各种电器的线圈中，一般都装有铁芯以获得较强的磁场。而且在设计时，常常是将其工作磁通取在磁化曲线的膝部，以便使铁芯能在未饱和的前提下，充分利用其增磁作用。为了尽可能增强线圈中的磁场，还常将铁芯制成闭合的形状，使磁感线沿铁芯构成回路，如图所示。 200 铁芯构成的磁路 模块四　磁场与电磁感应 在一个给定的线圈中，分别放入不同铁磁材料制成的相同形状的铁芯，它们的磁化曲线是不相同的，因此，可以借助磁化曲线对不同铁磁材料的磁化特性进行比较。 201 模块四　磁场与电磁感应 如果线圈通入交变电流，就会产生交变磁场，线圈中的铁芯也就会被反复磁化。在理想情况下，铁芯中的 Φ 应随线圈中的电流 I 不断重复地沿正、反两条磁化曲线变化，如图 a 所示。但实际并非如此，当线圈中电流变化到零时，由于磁畴存在的惯性，铁芯中的 Φ 并不为零，而是仍保留部分剩磁，如图b 中 Ob 及 Oe 所示。必须加反向电流，并达到一定数值，才能使剩磁消失，如图 b 中 Oc 及 Of 所示。上述现象称为磁滞，下图 b 中的封闭曲线称为磁滞回线。铁芯在反复磁化的过程中，由于要不断克服磁畴惯性将损耗一定的能量，称为磁滞损耗，这将使铁芯发热。 202 模块四　磁场与电磁感应 203 反复磁化和磁滞回线 a） 理想情况　b） 磁滞回线 模块四　磁场与电磁感应 三、铁磁材料的分类及应用 不同的铁磁材料具有不同的磁滞回线，它们的用途也不相同，一般可分为硬磁材料、软磁材料、矩磁材料三类，见下表。 204 铁磁材料的分类 模块四　磁场与电磁感应 205 铁磁材料的分类 模块四　磁场与电磁感应 四、磁路与磁路欧姆定律 1. 磁路 铁磁材料具有很强的导磁能力，所以常常将铁磁材料制成一定形状 （多为环状） 的铁芯。这样就为磁通的集中通过提供了路径。 磁通所通过的路径称为磁路。如图所示为几种电气设备的磁路。 206 几种电气设备的磁路 a） 磁电系仪表　b） 变压器　c） 电动机 模块四　磁场与电磁感应 磁路可分为无分支磁路和有分支磁路。上图 a、b 所示为无分支磁路，上图c 所示为有分支磁路。磁路中除铁芯外往往还有一小段非铁磁材料，例如空气隙等。由于磁感线是连续的，所以通过无分支磁路各处横截面的磁通是相等的。 利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，但是与电路比较，磁路的漏磁现象要比电路的漏电现象严重得多。全部在磁路内部闭合的磁通称为主磁通，部分经过磁路周围物质而自成回路的磁通称为漏磁通。在漏磁不严重的情况下可将其忽略，只考虑主磁通，如图所示。 207 模块四　磁场与电磁感应 208 主磁通和漏磁通 模块四　磁场与电磁感应 通电线圈的匝数越多，电流越大，磁场越强，磁通也就越多。通常把通过线圈的电流I 和线圈匝数 N 的乘积称为磁动势，用 Fm 表示，即 Fm = IN 磁动势的单位是安培 （A）。 电路中有电阻，磁路中也有磁阻。磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用符号 Rm 表示。与导体的电阻相似，磁路中磁阻的大小与磁路的长度 l 成正比，与磁路的横截面积 S 成反比，并与组成磁路材料的磁导率有关，其公式为 式中，μ、l、S 的单位分别为 H / m、m、m2 ，磁阻 Rm 的单位为 1 / 亨 （H-1 ）。 209 模块四　磁场与电磁感应 2. 磁路欧姆定律 通过磁路的磁通与磁动势成正比，而与磁阻成反比，即 上式与电路的欧姆定律相似，故称为磁路欧姆定律。 应当指出，式中的磁阻 Rm 是指整个磁路的磁阻，如果磁路中有空气隙，由于空气隙的磁阻远比铁磁材料的磁阻大，整个磁路的磁阻会大大增加，若要有足够的磁通，就必须增大励磁电流或增加线圈的匝数，即增大磁动势。 由于铁磁材料磁导率的非线性，磁阻 Rm 不是常数，所以磁路欧姆定律只能对磁路做定性分析。 210 模块四　磁场与电磁感应 由以上分析可知，磁路中的某些物理量与电路中的某些物理量有对应关系，而且磁路中某些物理量之间与电路中某些物理量之间也有相似的关系，具体见下表。 211 磁路和电路的比较 模块四　磁场与电磁感应 212 磁路和电路的比较 模块四　磁场与电磁感应 五、电磁铁 电磁铁是利用通有电流的铁芯线圈对铁磁物质产生电磁吸力的装置，其常见结构形式如图所示。它们都是由线圈和铁芯两个基本部分组成的。工作时线圈通入励磁电流，在铁芯气隙中产生磁场，吸引衔铁，断电时磁场消失，释放衔铁。 213 电磁铁的常见结构形式 a） 马蹄式 （起重电磁铁） b） 拍合式 （继电器） c） 螺管式 （电磁阀） 模块四　磁场与电磁感应 电磁铁的应用很广泛，如继电器、接触器、电磁阀等。如图所示为利用电磁铁制成的电磁继电器。闭合低压控制电路中的开关 S，电磁铁线圈通电，动触点与静触点（ 图中常开触点） 接触，工作电路闭合，电动机转动。当断开开关 S 时，电磁铁磁性消失，在弹簧力作用下，动、静触点脱开，电动机停转。利用电磁继电器可以实现用低电压、小电流的控制电路来控制高电压、大电流的工作电路，并且能实现遥控和生产自动化。 214 模块四　磁场与电磁感应 215 电磁继电器 a） 原理图　b） 实物 模块四　磁场与电磁感应 如图所示为起重电磁铁和平面磨床电磁吸盘，其原理相似。 216 起重电磁铁和平面磨床电磁吸盘 a） 起重电磁铁　b） 平面磨床电磁吸盘 模块四　磁场与电磁感应 电磁铁按励磁电流的不同，分为直流电磁铁和交流电磁铁。直流电磁铁和交流电磁铁的主要区别见下表。 217 直流电磁铁和交流电磁铁的主要区别 模块四　磁场与电磁感应 即使是额定电压相同的交、直流电磁铁，也绝不能互换使用。若将交流电磁铁接在直流电源上使用，励磁电流要比接在相同电压的交流电源上时的电流大许多倍，从而烧坏线圈。若将直流电磁铁接在交流电源上，则会因为线圈本身阻抗太大，使励磁电流过小而吸力不足，致使衔铁不能正常工作。 218 模块四　磁场与电磁感应 $$