第五讲 磁场和磁路（课件）《电工技术基础》河北省（对口升学）专项复习

《电工技术基础》 磁场和磁路 单元五 职教高考·电工技术基础 考纲要求 了 解 理解（熟悉） 掌 握 熟练掌握 铁磁性物质的磁化曲线、磁滞回线以及常用磁性材料的磁性能和在工程技术上的应用；磁动势、磁阻的概念以及磁路欧姆定律的应用。 磁场的主要物理量的物理意义、单位和它们之间的相互关系。 右手螺旋定则、左手定则以及磁场对电流的作用。 复习建议：在本节的复习过程中，应熟练掌握右手螺旋定则和左手定则。 职教高考·电工技术基础 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 单元五 直线电流的磁场方向 环形电流的磁场方向 通电螺线管的磁场方向 认识磁场的主要物理量 认识电流的磁效应 分析磁场对载流导体的作用 认识磁路欧姆定律 分析铁磁性物质的磁化 磁化曲线 磁路 磁路欧姆定律 磁感应强度 磁场强度 磁导率 磁通 磁滞回线 安培力 洛伦兹力 知识学习 一 磁体 磁体： 职教高考·电工技术基础 磁体 考点一：磁场 常见的人造磁体 某些物体具有吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性。 磁性： 具有磁性的物体叫磁体。 人造磁体 天然磁体 蹄形磁铁 条形磁铁 针形磁铁 知识学习 一 磁极 磁铁两端磁性最强的区域叫磁极。 职教高考·电工技术基础 磁极： （ 任何磁铁都有两个磁极，一个叫南极，用S表示；一个叫北极，用N表示。） 磁极间作用规律： 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 磁场 职教高考·电工技术基础 磁场 磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。 磁场： 磁极 磁极 磁场 磁场具有力的性质和能量性质。 磁场的性质： 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。 磁场方向: 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 磁感线 职教高考·电工技术基础 考点二：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。 磁感线： 　磁感线 磁感线 1 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 磁感线的特点 2 磁感线的特点 （3）磁感线不相交： （2）磁感线是闭合曲线： （1）磁感线反映磁场强弱： 磁场的强弱可用磁感线的疏密表示，磁感线密的地方磁场强，疏的地方磁场弱。 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。 磁感线上任意一点的切线方向（与曲线上箭头所指方向关联），表示磁感线上该点的磁场方向。 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 电流的磁效应 考点三：电流的磁效应 通电导体的周围存在磁场，这种现象叫电流的磁效应。 电流的磁效应： 实验说明： 通电导体周围存在磁场 奥斯特实验 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 磁场方向的判定方法： 磁场方向的判定 通电导体周围的磁场方向，即磁场方向与电流的关系可以用 右手螺旋定则来判断。 判断方法：右手握住导线并把拇指伸开，用拇指指向电流方向，那么四指环绕的方向就是磁场方向。 通电直导体的磁场方向 通电直导体的磁场方向 1 知识学习 一 环形电流的磁场 2 职教高考·电工技术基础 判断方法： 用右手握住圆环，让弯曲的四指向电流方向，则与四指垂直的大拇指所指的方向，就是圆环内磁感线的方向。 环形电流的磁场方向 在电路图中，用国家统一规定的图形符号来表示电路组成的元器件和连接情况 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 判断方法：右手握住螺线管，让弯曲的四指所指方向跟电流的方向一致，那么大拇指所指的方向就是通电螺线管内部磁感线的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的N极。 通电螺线管的磁场方向 通电螺线管的磁场方向 3 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 考点四：磁场的主要物理量 磁场的主要物理量 （1）磁感应强度 （2） 磁通 （4） 磁场强度 （3） 磁导率 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 磁通 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。 表达式： 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。 注意： 国际单位： 　　韦伯 (Wb) 由磁通的定义式，可得：  = BS 、、 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 磁感应强度 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。 表达式： 　 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。 物理意义： 　　磁感应强度是一个矢量，它的方向即为该点的磁场方向。 国际单位： 　　特斯拉（T） 矢 量： 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 匀强磁场: 如果磁场中各点的磁感应强度相等，方向相同，这样的磁场称为匀强磁场。 匀强磁场的磁感线是相互平行、等距且方向一致的。 特点： 在匀强磁场中，磁感应强度与磁通的关系可以用公式表示为 注意： 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 磁导率 磁导率： 物质导磁性能的强弱用磁导率  来表示。 　　强调：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。 0 = 4  107 H/m 国际单位： 　　亨利/米(H/m) 　　真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示： 电压定义。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 相对磁导率： 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。 表达式： 　相对磁导率是没有单位的量。 注意： 符号： 　　用  r 表示。 规定电压的方向由高电位指向低电位。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 物质 顺磁物质： 反磁物质： 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。 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。 根据相对磁导率 r 的大小，可将物质分为三类： 铁磁物质： 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。 电压定义。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 铁磁性物质 软磁性物质： 硬磁性物质： 铁磁性物质根据磁滞回线的形状可以分为软磁性物质、硬磁性物质和矩磁性物质三大类： 矩磁性物质： 易被磁化也易去磁。 磁滞回线窄而陡，回线所包围的面积比较小。 用较强的外加磁场才能磁化，但磁化以后撤去外磁场，仍能保持较大的剩磁，而且不易去磁。 磁滞回线宽而平，回线所包围的面积比较大。 用很小的外磁就能使磁化达到饱和，去掉外磁，磁感应强度与饱和一样。 磁滞回线宽而平，回线所包围的面积比较大。 规定电压的方向由高电位指向低电位。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 磁场强度 磁场强度： 在各向同性的媒介质中，磁场中某点的磁场强度等于该点磁感应强度与介质磁导率的比值。 表达式： 国际单位： 　　安培/米 (A/m)。 矢 量： 　　磁场度度是一个矢量，其方向与磁感应强度B同向。 　必须注意： （1）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。 （2）磁感应强度B与介质的磁导率有关。 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 几种常见载流导体的磁场强度 1.载流长直导线： 2.载流螺线管： H = H = 知识学习 一 安培力的大小 1 职教高考·电工技术基础 考点五：磁场对载流导体的作用 安培力：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 可得 磁场对载流直导线的作用 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 　　(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) 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。 分析：与电流 I 平行的分量：B1 = Bcos 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： 磁场对直线电流的作用力 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 （1）当  = 0 时，安培力为零 ：F = 0； （2）当 0°＜ ＜ 90 时，安培力： F=BILsinθ ； （注：θ为磁感应强度与平面法线之间的夹角） （3） 当  = 90 时，安培力 F 最大：F=BIL。 讨论： 磁场对载流直导线的作用 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 2 安培力方向的判定 判断方法：伸出左手，使拇指跟其他四指垂直，并都跟手掌在一个平面内， 让磁感线穿入手心，四指指向电流方向，大拇指所指的方向即 为通电直导线在磁场中所受安培力的方向。 通电导体在磁场中受到的电磁力的方向，可以用左手定则来判断。 职教高考·电工技术基础 磁场对通电线圈的作用力矩 知识学习 一 磁力矩 1 磁场对通电矩形线圈的作用力矩 磁力矩： 线圈的顶边 ad 和底边 bc 所受的磁场力 Fad、Fbc 大小相等，方向相反，在一条直线 上，彼此平衡；而作用在线圈两个侧边 ab 和 cd 上的磁场力 Fab、Fcd 虽然大小相等， 方向相反，但不在一条直线上，产生了力矩， 称为磁力矩。 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 2 磁力矩的大小 （1）当 α = 0 时，力偶矩 为零：M = 0； （2）当 0°＜ α ＜ 90 时，力偶矩： M=NBISsinα ； （注：α为磁感应强度与平面法线之间的夹角） （3）当 α = 90 时，力偶矩最大： M=NBIS。 分析：当线圈平面与磁感线垂直时，力臂为零，线圈受磁力矩也为零； 当线圈平面与磁感线平行时，力臂最大，线圈受磁力矩最大。 讨论： 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 磁场对运动电荷的作用力 洛伦兹力 1 洛伦兹力： 磁场对运动电荷有力的作用，这个力叫做洛伦兹力。 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 2 洛伦兹力的大小 当电荷在垂直于磁场的方向上运动时，磁场对运动电荷的洛伦兹力的大小为 当电荷的运动方向与磁场方向一致时，导线不受磁场的 作用力，即 + B q v F = 0 × × × × × × × × × × × × × × × × + v F B 分析： 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 （1）当 α = 0 时，洛伦兹力为零：F= 0； （2）当 0°＜ α ＜ 90 时，洛伦兹力： F=qvBsinα ； （注：α为正电荷运动的速度与磁场方向夹角） （3）当 α = 90 时，洛伦兹力最大： F=qvB。 讨论： 磁场对运动电荷的作用力 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 洛伦兹力方向的判定 3 伸开左手，使大姆指跟其余四指垂直，且处于同一个平面内，把手 放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心，若四指向正电荷运动的方向， 那么大姆指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 注意： 若运动电荷是负电荷，则四指所指的应当与它的运动方向相反。 × × × × × × × × × × × × × × × × + v F B . . . . . . . . . . . . . . . . v F B 左手定则： 职教高考·电工技术基础 电压定义。（） 知识学习 一 铁磁性物质的磁化 磁化 1 磁化： 本来不具备磁性的物质，由于受磁场的作用而具有了磁性的现象称为 该物质被磁化。 （只有铁磁性物质才能被磁化，而非铁磁性物质是不能被磁化的。） 考点六：铁磁性物质的磁化 铁磁性物质的磁化 职教高考·电工技术基础 电压定义。（） 知识学习 一 被磁化的原因 外因： 内因： 铁磁性物质是由许多被称为磁畴的磁性小区域 组成的，每一个磁畴相当于一个小磁铁。 有外磁场的作用，形成附加磁场，使磁场显著加强。 职教高考·电工技术基础 电压定义。（） 知识学习 一 2 磁化曲线 磁化曲线： 铁磁性物质的磁感应强度 B 随磁场强度 H 变化的曲线，称为磁化曲线，也叫 B—H 曲线。 磁化曲线 几种物质的磁化曲线 职教高考·电工技术基础 电压定义。（） 知识学习 一 分析： (1) 0 ~ 1 段： 曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当 H 从零开始增加时，B 增 加缓慢，称为起始磁化段。 (2) 1 ~ 2 段： 随着 H 的增大，B 几乎直线上升，这是由于磁畴在外磁场作用下， 大部分都趋向 H 方向，B 增加很快，曲线很陡，称为直线段。 　　(3) 2 ~ 3 段：随着 H 的增加，B 的上升又缓慢了，这是由于大部分磁畴方向已转 向H 方向，随着 H 的增加只有少数磁畴继续转向，B 增加变慢。 　(4) 3 点以后：到达 3 点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方向，再增大H 值，B 也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为饱和段，此时的磁感应强度 叫饱和磁感应强度。 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 职教高考·电工技术基础 3 磁滞回线 剩磁：当H 减至零时，B 值不等于零，而是到达b点，说明铁磁 材料中仍然保留一定的磁性，称为剩磁，用Br表示。 磁滞回线：经过多次循环，可以得到一个封闭的对称于原点的闭合 曲线，叫做磁滞回线。 磁滞现象：B的变化总是落后于H的变化，这种现象叫做磁滞现象。 磁滞回线 电压定义。 职教高考·电工技术基础 知识学习 一 磁路 主磁通和漏磁通 1 主磁通：当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、衔铁和工作气隙构成回路， 这部分磁通称为主磁通； 考点七：磁路 漏磁通：还有一部分磁通，没有经过气隙和衔铁，而是经空气自成回路，这部分 磁通称为漏磁通。 主磁通和漏磁通 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 2 磁路 磁路： 磁通经过的闭合路径叫磁路。 有分支磁路 无分支磁路 分类 有分支磁路 职教高考·电工技术基础 　 知识学习 一 磁路欧姆定律 磁动势 1 磁动势：把通过线圈的电流 I 与线圈匝数 N 的乘积，称为磁动势，也叫磁通势。 国际单位：安培(A)。 Em = NI　 公式： 职教高考·电工技术基础 电压定义。 2 磁阻 知识学习 一 磁阻：磁阻表示磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用 Rm 表示。 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，并与组成磁路的材料性质有关。 大小： 国际单位： 1/亨(H1) 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 磁路欧姆定律 3 磁路欧姆定律：通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比。 注意：上式与电路的欧姆定律相似，磁通  对应于电流 I ，磁动势 Em 对应于 电动势 E ，磁阻 Rm 对应于电阻 R 。因此，这一关系称为磁路欧姆定律。 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 磁路与电路的对应关系： 对应的电路和磁路 职教高考·电工技术基础 电压定义。 知识学习 一 磁路和电路中对应的物理量及其关系式 电　　路 磁　　路 电　流 I 磁　通  电　阻 磁　阻 电阻率  磁导率  电动势 E 磁动势 Eｍ＝I N 电路欧姆定律 I=E/R 磁路欧姆定律  = Eｍ/Rｍ 巩固练习 二 1. 磁体与磁体间的相互作用规律为 ( )。 A.同名磁极相斥 B.同名磁极相吸 C.异名磁极相斥 D.不一定 【解题分析】本题主要考核磁体间的作用规律。 A 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 2. 通电长直导线产生的磁场是非匀强磁场。（ ） 【解题分析】本题主要考查电流的磁效应。 通电直导线产生的磁场，距直导线越近，磁场越强。 √ 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 3.有一平面α，其面积S=0.6m2，它与匀强磁场的夹角θ=30°，若该磁 场的磁感应强度B=0.4T，求通过平面α的磁通量Φ= Wb。 【解题分析】本题主要考查磁通量的计算。 根据公式=BSsinθ计算。 0.12 巩固练习 二 4.根据磁介质的 不同，将磁介质分为三类，分别是顺磁 质，抗磁质和铁磁质，其中B和H不成正比的磁介质为 。 导磁性能 【解题分析】本题主要考核磁介质的分类。 职教高考·电工技术基础 铁磁质 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 5.磁感应强度只决定于电流的大小和线圈的几何形状，与磁介质无关， 而磁场强度与磁导率有关。（ ） 磁场强度与磁导率有关。。 （ ） 【解题分析】本题主要考查磁感应强度与介质磁导率有关。 磁感应强度与介质的磁导率有关，磁场强度与介质的磁 导率无关。 × 巩固练习 二 6.磁场中各点的磁感应强度的大小不仅与电流的大小和导体的形状有关，而且与磁场内媒介质的性质有关。（ ） 【解题分析】本题主要考查磁感应强度与介质的磁导率有关。 职教高考·电工技术基础 √ 巩固练习 二 职教高考·电工技术基础 7.适合于制造仪表铁心的铁磁性物质是（ ） A.软磁性物质 B.硬磁性物质 C.矩磁性物质 D.反磁性物质 【解题分析】本题主要考查铁磁性物质的分类。 A 巩固练习 二 8.如图所示磁化曲线，可以判断两种材料的性能为( ) A. a材料导磁性能强 B. b材料导磁性能强 C.两种材料的导磁性能一样 D.不能确定 【解题分析】本题主要考查磁化曲线的物理意义。 μ=，在H一定的情况下，B越大，μ越大。 A 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 9.只有铁磁性物质才能被磁化，非铁磁性物质不能被磁化。（ ） 【解题分析】本题主要考查铁磁性物质的磁化。 √ 职教高考·电工技术基础 巩固练习 二 10. 通过磁路的磁通量与磁路的磁通势成正比，与磁阻成反比。（ ） 【解题分析】本题主要考查磁路欧姆定律。 由公式 可知磁路的磁通量与磁路的磁通势成正 比，与磁阻成反比。 √ 职教高考·电工技术基础 感谢观看 职教高考·电工技术基础 $