电工基础项目四课件.ppt
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1、1.掌握磁场的基本知识,理解磁场相关物理量的概念及表示方法。2.了解磁化现象和磁滞回线的形成,熟悉铁磁材料的分类及应用。3.理解电磁感应现象,会灵活运用法拉第电磁感应定律对感应电动势的大小进行计算。4.了解自感现象及影响电感大小的因素;理解互感现象,掌握线圈采用不同连接形式时电感大小的相关计算。5.了解磁路的概念及相关物理量,掌握磁路欧姆定律与磁路基尔霍夫定律。6.掌握变压器的基本结构、分类与工作原理,能进行简单的计算。1.会用安培定则判断电流的磁场方向。2.会用楞次定律和右手定则判断感应电动势的方向。3.会判断互感线圈的同名端的方法。4.会制作并测试小型变压器。任务1认 识 磁 场任务2认识
2、铁磁材料任务3学习电磁感应定律任务4学习自感与互感XX.TIF任务1认 识 磁 场1.取一块玻璃板,在板上撒一些铁屑,将一根条形磁铁放置在玻璃板背面靠近铁屑的中间位置,轻轻敲击玻璃板,观察铁屑的变化,多数铁屑靠近磁铁,且有规律地排列,如图4-1所示。2.如图4-2所示,用磁铁的N极去靠近小磁针的N极,观察小磁针是否会发生偏转,如何转动?如果用磁铁的N极去靠近磁针的S极,又会有何现象?3.如图4-3所示,在直导体正下方放一枚小磁针,给直导体通入直流电,观察小磁针如何偏转,如果给导体中通入相反方向的直流电,小磁针又如何偏转呢?一、磁的基本知识二、电流的磁场三、磁场的基本物理量一、填空题任务1认 识
3、 磁 场二、选择题三、综合题任务1认 识 磁 场ZYZ.TIF1.取一块玻璃板,在板上撒一些铁屑,将一根条形磁铁放置在玻璃板背面靠近铁屑的中间位置,轻轻敲击玻璃板,观察铁屑的变化,多数铁屑靠近磁铁,且有规律地排列,如图4-1所示。图4-1条形磁铁的磁场2.如图4-2所示,用磁铁的N极去靠近小磁针的N极,观察小磁针是否会发生偏转,如何转动?如果用磁铁的N极去靠近磁针的S极,又会有何现象?3.如图4-3所示,在直导体正下方放一枚小磁针,给直导体通入直流电,观察小磁针如何偏转,如果给导体中通入相反方向的直流电,小磁针又如何偏转呢?图4-2磁极间相互作用3.如图4-3所示,在直导体正下方放一枚小磁针,
4、给直导体通入直流电,观察小磁针如何偏转,如果给导体中通入相反方向的直流电,小磁针又如何偏转呢?图4-3电流的磁场3.如图4-3所示,在直导体正下方放一枚小磁针,给直导体通入直流电,观察小磁针如何偏转,如果给导体中通入相反方向的直流电,小磁针又如何偏转呢?ZS.TIF一、磁的基本知识1.磁体与磁极2.磁场的方向图4-4磁力线的方向一、磁的基本知识图4-5任一点磁场方向二、电流的磁场1.通电直导体的磁场2.通电螺线管的磁场图4-6安培定则(通电直导体)二、电流的磁场图4-7安培定则(通电螺线管)二、电流的磁场XYX.TIF三、磁场的基本物理量1.磁感应强度三、磁场的基本物理量图4-8均匀磁场2.磁
5、通三、磁场的基本物理量例4-1在图4-9所示的均匀磁场中,已知磁感应强度B=0.8T,S为垂直于磁场方向的一个矩形截面,其边长a=8cm,b=10cm,求通过该截面积的磁通?若平面与三、磁场的基本物理量图4-9解:根据=BS可知,三、磁场的基本物理量3.磁导率1)顺磁性物质:如空气、铝、锡等,它们的磁导率比0稍大点,r1.000005。2)反磁性物质:如氢、铜、金等,它们的磁导率比0稍小点,r0.999995。3)铁磁性物质:如铁、钴、镍等,它们的磁导率远大于0,相对磁导率r为几百甚至几万,且不是一个常数。三、磁场的基本物理量表4-1几种常用铁磁性物质的相对磁导率材料相对磁导率材料相对磁导率钴
6、174镍铁合金60000镍1120真空中融化的电解铁12950软钢2180坡莫合金115000硅钢片700010000铝硅铁粉芯7未经退火的铸铁240锰锌铁氧体5000已经退火的铸铁620镍铁铁氧体1000三、磁场的基本物理量4.磁场强度图4-10通电圆环线圈三、磁场的基本物理量三、磁场的基本物理量TZ.TIF三、磁场的基本物理量图4-11磁悬浮列车的工作原理a)磁悬浮列车b)悬浮原理c)推进原理CP.TIF一、填空题1.具有磁性的物体称为;两端磁性最强的部分被称为。2.磁极间相互作用力的规律是。3.磁力线上每一点的方向就是该点的磁场方向,也就是放在该点的小磁针静止时极的指向。4.电流产生的磁
7、场方向可以用定则判断。5.磁感应强度是描述的物理量。6.已知一根长50cm沿垂直磁场方向放置的导体,通以200A电流时在磁场中受力为0.02N,则磁感应强度为。7.磁场强度用符号表示,其大小为,其方向与该点方向一致。二、选择题1.关于磁场的基本性质,下列说法错误的是()。2.磁极周围存在着一种特殊物质,这种物质具有力和能的特性,该物质叫()。3.如果一直线电流的方向为由北向南,在它的上方放一个可以自由转动的小磁针,则小磁针的N极偏向()。图4-12判断磁场方向二、选择题图4-13判断电源方向三、综合题1.画出图4-12中电流所产生的磁场方向。2.已知线圈通电后小磁针的状态如图4-13所示,试分
8、析电源的极性。任务2认识铁磁材料1.用大铁钉靠近小铁钉,观察两者有、无吸引现象。2.用铁棒接触磁铁一段时间后,靠近铁屑,观察有什么现象发生,如果用铜棒代替铁棒,会有上述现象吗?想一想是什么原因。一、磁化二、铁磁材料的磁化三、铁磁材料的分类一、填空题二、选择题任务2认识铁磁材料ZYZ.TIF1.用大铁钉靠近小铁钉,观察两者有、无吸引现象。图4-14大铁钉吸引小铁钉2.用铁棒接触磁铁一段时间后,靠近铁屑,观察有什么现象发生,如果用铜棒代替铁棒,会有上述现象吗?想一想是什么原因。ZS.TIF一、磁化图4-15铁磁物质的磁化二、铁磁材料的磁化1.磁化过程图4-16磁化过程1)O1段:当I增大时,H也增
9、大,而B增加缓慢。二、铁磁材料的磁化2)12段:随着H的增大,B几乎直线上升,这是因为在外磁场作用下,大部分磁畴迅速转动趋向于H方向,B增加很快,曲线很陡,称为线性段。3)23段:B继续随H增大而继续增大,但B的上升缓慢了。4)3点以后:到达3点以后,磁畴方向几乎全部与外磁场方向相同,再增大H值,B几乎不再增加,曲线变得平坦,称为饱和段,此时的磁感应强度称为饱和磁感应强度。2.磁滞回线1)电流I由零增加到最大值,H增大,B随H变化曲线为Oa段,在a点B达到饱和值。二、铁磁材料的磁化图4-17磁滞回线2)当电流由最大值减小到零,H减小,B随H变化曲线为ab段。二、铁磁材料的磁化3)当电流I反向增
10、加时,H反向增大,反向磁场增强,B减小;当反向磁场增大到一定值时,B=0,剩磁完全消失,如图4-17中bc段,bc段曲线称为退磁曲线,这时为克服剩磁所加的磁场强度,称为矫顽力,用Hc表示。4)当反向电流I继续增大时,反向磁场继续增强,B从0开始沿曲线cd变化,并达到反向饱和点d。5)当反向电流由最大值减小到0时,B-H曲线沿de段变化,在e点H=0,B=-Br。3.磁滞损耗三、铁磁材料的分类表4-2铁磁材料的分类名称软磁材料硬磁材料矩磁材料磁滞回线特点磁导率很大,剩磁和矫顽力都很小,易磁化也易去磁,磁滞回线狭窄,磁滞损耗小剩磁和矫顽力都很大,不易磁化也不易去磁,磁滞回线很宽,磁滞损耗较大矩磁材
11、料的磁滞回线形状如矩形,矩磁材料经磁化达到饱和后,其剩磁能保持在饱和值用途主要用于制造交流电磁铁、电机、变压器的铁心。应用较多的软磁材料有电工纯铁、硅钢等适于做永久磁铁。常见的硬磁材料有钨钢、钴钢等适于做记忆性元件,如计算机存储器的磁芯、乘客乘车的凭证、各类银行卡。目前使用较多的矩磁材料有锰镁铁氧体和锂锰铁氧体三、铁磁材料的分类XYX.TIF三、铁磁材料的分类CP.TIF一、填空题1.使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为。2.铁磁物质的磁感应强度B随磁场强度H变化的曲线,称为曲线。3.从整个磁化过程看,B的变化总是落后于H的变化,这种现象称为现象。4.铁磁物质反复磁化的过程中,导致铁心发热,
12、消耗能量,这种现象称为。5.磁滞损耗与磁滞回线的面积成比,铁磁物质的剩磁和矫顽力越大,其磁滞损耗越。6.铁磁性物质是由许多叫做的天然磁化区域所组成的。7.根据剩磁的大小把铁磁性材料分成三大类:、和。二、选择题1.以下铁磁材料中,适合做变压器铁心的是()。2.空心的线管插入铁心后,其磁感应强度()。3.剩磁和矫顽力都很大,不易磁化、也不易去磁的材料属于()。任务3学习电磁感应定律1.如图4-18所示,将导体AB在磁场中分别沿着前后、左右、上下三个方向移动,观察检流计指针的变化情况,并记录;改变导体运动的速度或者磁场的方向,再进行上述操作,会有什么变化?2.如图4-19a所示,将一条形磁铁插入空心
13、线圈,观察此过程中检流计指针的变化情况。一、直导体中的感应电动势和感应电流二、电磁感应定律三、涡流与趋肤效应一、填空题二、选择题三、判断题四、综合题任务3学习电磁感应定律ZYZ.TIF1.如图4-18所示,将导体AB在磁场中分别沿着前后、左右、上下三个方向移动,观察检流计指针的变化情况,并记录;改变导体运动的速度或者磁场的方向,再进行上述操作,会有什么变化?2.如图4-19a所示,将一条形磁铁插入空心线圈,观察此过程中检流计指针的变化情况。图4-18电磁感应(一)2.如图4-19a所示,将一条形磁铁插入空心线圈,观察此过程中检流计指针的变化情况。图4-19电磁感应(二)2.如图4-19a所示,
14、将一条形磁铁插入空心线圈,观察此过程中检流计指针的变化情况。ZS.TIF2.如图4-19a所示,将一条形磁铁插入空心线圈,观察此过程中检流计指针的变化情况。图4-20右手定则一、直导体中的感应电动势和感应电流1.方向判定2.大小计算例4-2如图4-21所示,设均匀磁场的磁感应强度为0.2T,ab在磁场中切割磁力线的直导体长度为50cm,向右以5m/s的速度匀速运动到ab,整个线框的电阻为3,导体ab的电阻为2,求:(1)感应电动势的大小;(2)感应电流的方向和大小。一、直导体中的感应电动势和感应电流图4-21例4-2图解:由于直导体ab垂直切割磁力线运动,可知:1)直导体中的感应电动势为一、直
15、导体中的感应电动势和感应电流2)直导体中的感应电流为二、电磁感应定律1.楞次定律1)明确原磁场的方向及其变化趋势。2)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向:若穿过闭合电路的磁通量增加,则感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;若穿过闭合电路的磁通量减少,则感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。3)根据感应电流的磁场方向,应用安培定则(右手螺旋定则)判断线圈中感应电动势和感应电流的方向。2.法拉第电磁感应定律二、电磁感应定律1.直导体切割磁力线产生感应电动势是线圈不到一匝的特殊情况,楞次定律、法拉第电磁感应定律同样适用。2.如果把直导体或线圈看成是一个电源,则感应电流流出(直导体或线圈)端为电源的正极。
16、例4-3如图4-22所示,应用楞次定律判断条形磁铁插入或拔出线圈时,线圈中产生感应电动势和感应电流的方向。二、电磁感应定律图4-22例4-3图解:1)在图4-22a中,原磁通方向向上,当磁铁插入线圈时,磁通是增加的趋势。二、电磁感应定律2)根据楞次定律,感应磁通方向(虚线)与原磁通方向相反,即向下。3)根据感应磁通方向,应用安培定则判断感应电流和感应电动势方向,如图4-22a所示。3.电磁感应定律(1)明确原磁场的方向,根据安培定则确定感应电动势的正方向。(2)当原磁通增加时,感应电动势的实际方向与正方向相反;反之,感应电动势的实际方向与正方向相同。二、电磁感应定律图4-23线圈切割磁力线例4
17、-4如图4-23所示,在一个磁感应强度B=0.02T的均匀磁场中,放一个匝数为200匝,面积S=0.01m2的线圈,在1s内,把线圈平面从平行于磁力线的方向转过90,变成与磁力线垂直方向,求感应电动势的平均值。二、电磁感应定律解:在线圈转动过程中,穿过线圈的磁通变化率是不均匀的,所以不同时刻,感应电动势的大小也不相同,应根据穿过线圈的磁通平均变化率求感应电动势的平均值。三、涡流与趋肤效应1.涡流图4-24电磁炉线圈盘的内部结构三、涡流与趋肤效应2.趋肤效应TZ.TIFCP.TIF一、填空题1.电磁感应现象中,感应电动势的大小用定律计算,方向用定律判断。2.在直导体运动切割磁力线产生感应电动势时
18、,如果三者互相垂直,导体中产生的感应电动势为,当导体运动方向与磁感应强度成夹角时,感应电动势为,方向用判断。3.当交变电流通过导体时,电流将趋于导体表面流动,这种现象称为。4.楞次定律内容的表述是。5.电磁炉是根据原理制成的。二、选择题1.根据电磁感应定律e=-N(?/t)求出的感应电动势,是在t这段时间内的2.涡流是()。3.运动导体在切割磁力线而产生最大感应电动势时,导体与磁力线的夹角为()。图4-25任务4学习自感与互感1.按图4-26所示连接电路,HL1、HL2是两只完全相同的小灯泡,R为电阻,L为一个电感较大的铁心线圈,并且线圈的电阻与HL2支路串联的电阻R相等。2.按图4-27所示
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