电工基础课件周绍敏6.ppt

1、第五章第五章磁场和磁路磁场和磁路教学重点教学重点1了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场，会用了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场，会用右手定则判断其磁场的方向。右手定则判断其磁场的方向。2理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。3了解匀强磁场的性质及有关计算。了解匀强磁场的性质及有关计算。4掌握磁场对电流作用力的有关计算及方向的判断，了解掌握磁场对电流作用力的有关计算及方向的判断，了解磁场对通电线圈的作用。磁场对通电线圈的作用。5了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。6了解磁动势和磁阻

2、的概念。了解磁动势和磁阻的概念。掌握磁路中的欧姆定律。掌握磁路中的欧姆定律。序号序号 内内 容容学时学时1 第一节电流的磁效应第一节电流的磁效应 12 第二节磁场的主要物理量第二节磁场的主要物理量 13 第三节磁场对电流的作用力第三节磁场对电流的作用力 14 第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化 15 第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 16 本章小结本章小结 17 本章总学时本章总学时 6学时分配学时分配教学难点教学难点第五章磁场和磁路第五章磁场和磁路第一节电流的磁效应第一节电流的磁效应第二节第二节 磁场的主要物理量磁场的主要物理量第三节第三节 磁场对电流的作用力磁场对电流

3、的作用力第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 本章小结本章小结 第一节第一节 电流的磁效应电流的磁效应一、磁场一、磁场二、磁感线二、磁感线三、电流的磁场三、电流的磁场1磁场磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。磁体间的相互作用力是通过磁场传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，相互作用力是通过磁场传送的。磁体间的相互作用力称为磁场力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。2磁场的性质磁场的性质：磁场具有磁场具有力的性质和能量性质力的性质和能量性质。3磁场方向磁场方

4、向：在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，它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。极所指的方向即为该点的磁场方向。一、磁场一、磁场二、磁感线二、磁感线1磁感线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，这些曲线称为的磁场方向相同，这些曲线称为磁感线磁感线。如图。如图 5-1 所示。所示。图图 5-1磁感线磁感线 2特点特点(1)磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。强弱。(2)磁感线是闭合曲线，在磁体外部，

5、磁感线由磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由 N 极出来，绕极出来，绕到到 S 极；在磁体内部，磁感线的方向由极；在磁体内部，磁感线的方向由 S 极指向极指向 N 极极。(3)任意两条磁感线不相交。任意两条磁感线不相交。说明：磁感线是为研究问题方便说明：磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线，实际上并不存人为引入的假想曲线，实际上并不存在。在。图图 5-2 所示为条形磁铁的磁感线所示为条形磁铁的磁感线的形状。的形状。图图 5-2条形磁铁的磁感线条形磁铁的磁感线3匀强磁场匀强磁场在磁场中某一区域，若磁场的大小、方向都相同，这部分在磁场中某一区域，若磁场的大小、方向都相同，这部分磁场称为匀强磁

6、场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相磁场称为匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线。互平行的直线。直线电流所产生的磁场方向可用直线电流所产生的磁场方向可用安培定则安培定则来判定，方法是：用来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。的环绕方向。动画动画 M5-1直线电流的磁场直线电流的磁场1电流的磁场电流的磁场 三、电流的磁场三、电流的磁场动画动画 M5-2环行电流的磁场环行电流的磁场环形电流的磁场方向也可用安培定则来判定，方法是：用让右环形电流的磁场方向也可用安培定则

7、来判定，方法是：用让右手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导手弯曲的四指和环形电流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是导线环中心轴线上的磁感线方向。线环中心轴线上的磁感线方向。螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则来判定：用右手握住螺线管通电后，磁场方向仍可用安培定则来判定：用右手握住螺线管，四指指向螺线管，四指指向电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感电流的方向，拇指所指的就是螺线管内部的磁感线方向。线方向。动画动画 M5-3螺线管电流磁场螺线管电流磁场 2电流的磁效应电流的磁效应电流的周围存在磁场的现象称为电流的周围存在磁场的现象称为电流的磁效应电流的磁效应。电流的磁效

8、应电流的磁效应揭示了磁现象的电本质。揭示了磁现象的电本质。第二节第二节 磁场的主要物理量磁场的主要物理量一、磁感应强度一、磁感应强度二、磁通二、磁通三、磁导率三、磁导率四、磁场强度四、磁场强度一、磁感应强度一、磁感应强度动画动画 M5-4 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 与电流与电流 I 和导线长度和导线长度 l 的乘积的乘积 Il 的比值叫做通电直导线所在处的磁感应的比值叫做通电直导线所在处的磁感应强度强度 B。即。即IlFB 磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量。磁感

9、应强度是一个磁感应强度是一个矢量矢量，它的方向即为该点的磁场方向。，它的方向即为该点的磁场方向。在国际单位制中，磁感应强度的单位是：特斯拉在国际单位制中，磁感应强度的单位是：特斯拉(T)。用用磁感线磁感线可形象地描述磁感应强度可形象地描述磁感应强度 B 的大小，的大小，B 较大的地较大的地方，磁场较强，磁感线较密；方，磁场较强，磁感线较密；B 较小的地方，磁场较弱，磁感较小的地方，磁场较弱，磁感线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度线较稀；磁感线的切线方向即为该点磁感应强度 B 的方向。的方向。匀强磁场匀强磁场中各点的磁感应强度大小和方向均相同。中各点的磁感应强度大小和方向均相同。二、磁通

10、二、磁通 在磁感应强度为在磁感应强度为 B 的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积的匀强磁场中取一个与磁场方向垂直，面积为为 S 的平面，则的平面，则 B 与与 S 的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量 ，简称磁通。即简称磁通。即SB 即磁感应强度即磁感应强度 B 可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强可看作是通过单位面积的磁通，因此磁感应强度度 B 也常叫做也常叫做磁通密度磁通密度，并用，并用 Wb/m2 作单位。作单位。磁通的国际单位是磁通的国际单位是韦韦伯伯 (Wb)。由磁通的定义式，可得。由磁通的定义式，可得 =BS三、磁导率三、磁导率1磁导率磁导率 磁场

11、中各点的磁感应强度磁场中各点的磁感应强度 B 的大小不仅与产生磁场的电流和导的大小不仅与产生磁场的电流和导体有关，还与磁场内体有关，还与磁场内媒介质媒介质(又叫做又叫做磁介质磁介质)的导磁性质有关。在磁的导磁性质有关。在磁场中放入磁介质时，介质的磁感应强度场中放入磁介质时，介质的磁感应强度 B 将发生变化，磁介质对磁将发生变化，磁介质对磁场的影响程度取决于它本身的导磁性能。场的影响程度取决于它本身的导磁性能。物质导磁性能的强弱用物质导磁性能的强弱用磁导率磁导率 来表示。来表示。的单位是：的单位是：亨利亨利/米米(H/m)。不同的物质磁导率不同。在相同的条件下，。不同的物质磁导率不同。在相同的条

12、件下，值越值越大，磁感应强度大，磁感应强度 B 越大，磁场越强；越大，磁场越强；值越小，磁感应强度值越小，磁感应强度 B 越小，越小，磁场越弱。磁场越弱。真空中的磁导率是一个常数，用真空中的磁导率是一个常数，用 0 表示表示 0=4 10 7 H/m2相对磁导率相对磁导率 r为便于对各种物质的导磁性能进行比较，以真空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为基准，将其他物质的磁导率 与与 0 比较，其比值叫比较，其比值叫相对磁相对磁导率导率，用，用 r 表示，即表示，即0r 根据相对磁导率根据相对磁导率 r 的大小，可将物质分为三类：的大小，可将物

13、质分为三类：(1)顺磁性物质顺磁性物质：r 略大于略大于 1，如空气、氧、锡、铝、铅等物，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 略略有增加。有增加。(2)反磁性物质反磁性物质：r 略小于略小于 1，如氢、铜、石墨、银、锌等物，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反磁性物质，质，磁感应强度磁感应强度 B 略略有减小。有减小。(3)铁磁性物质铁磁性物质：r 1，且不是常数，如铁、钢、铸铁、镍、，且不是常数，如

14、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，可使磁感应强度应强度 B 增加几千甚至几万倍。增加几千甚至几万倍。表表 5-1 列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。列出了几种常用的铁磁性物质的相对磁导率。表表 5-1几种常用铁磁性物质的相对磁导性几种常用铁磁性物质的相对磁导性材料材料相对磁导率相对磁导率材料材料相对磁导率相对磁导率钴钴174已经退火的铁已经退火的铁7 000未经退火未经退火的铸铁的铸铁240变压器钢片变压器钢片7 500已经退火已经退火的铸铁的铸铁620在真空中融化的在真空中融化的电解铁电解铁12 9

15、50镍镍1 120镍铁合金镍铁合金60 000软钢软钢2 180“C”型坡莫合金型坡莫合金115 000四、磁场强度四、磁场强度在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度在各向同性的媒介质中，某点的磁感应强度 B 与磁导率与磁导率 之之比称为该点的比称为该点的磁场强度，磁场强度，记做记做 H。即。即HHBBHr0 磁场强度磁场强度 H 也是矢量，其方向与磁感应强度也是矢量，其方向与磁感应强度 B 同向，国际单同向，国际单位是：安培位是：安培/米米(A/m)。必须注意：磁场中各点的磁场强度必须注意：磁场中各点的磁场强度H的大小只与产生磁场的电的大小只与产生磁场的电流流I的大小和导体的形状有关，与磁介

16、质的性质无关。的大小和导体的形状有关，与磁介质的性质无关。第三节第三节 磁场对电流的作用力磁场对电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力二、磁场对通电线圈的作用力矩二、磁场对通电线圈的作用力矩三、电流表工作原理三、电流表工作原理一、磁场对直线电流的作用力一、磁场对直线电流的作用力1.安培力的大小安培力的大小磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为磁场对放在其中的通电直导线有力的作用，这个力称为安安培力培力。(1)当电流当电流 I 的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度 B 垂直时，导线受安培垂直时，导线受安培力最大，根据磁感应强度力最大，根据磁感应强度可得可得(2

17、)当电流当电流 I 的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度 B 平行时，导线不受安培平行时，导线不受安培力作用。力作用。IlFB BIlF (3)如图如图 5-3 所示，当电流所示，当电流 I 的方向与磁感应强度的方向与磁感应强度 B 之间有一之间有一定夹角时，可将定夹角时，可将 B 分解为两个互分解为两个互相垂直的分量：相垂直的分量：一个与电流一个与电流 I 平行的分量，平行的分量，B1=Bcos；另一个与电流；另一个与电流 I 垂直的垂直的分量，分量，B2=Bsin。B1 对电流没有对电流没有力的作用，磁场对电流的作用力是力的作用，磁场对电流的作用力是由由 B2 产生的。因此，磁场对直线产生

18、的。因此，磁场对直线电流的作用力为电流的作用力为 sin2BIlIlBF 当当 =90 时，安培力时，安培力 F 最大；当最大；当 =0 时，安培力时，安培力 F=0。图图 5-3磁场对直线电流的作用力磁场对直线电流的作用力2单位单位 公式中各物理量的单位均采用用国际单位制：安培力公式中各物理量的单位均采用用国际单位制：安培力 F的的单位用牛顿单位用牛顿(N)；电流；电流I的单位用安培的单位用安培(A)；长度；长度l的单位用米的单位用米(m)；磁感应强度；磁感应强度 B 的单位用特斯拉的单位用特斯拉(T)。3左手定则左手定则 安培力安培力 F 的方向可用左手定则判断：伸出左手，使拇指的方向可用

19、左手定则判断：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。磁场中所受安培力的方向。由左手定则可知：由左手定则可知：F B，F I，即，即F垂直于垂直于 B、I 所决所决定的平面。定的平面。二、磁场对通电线圈的作用力矩二、磁场对通电线圈的作用力矩 将一矩形线圈将一矩形线圈 abcd 放在匀强磁场中，如图放在匀强磁场中，如图 5-4 所示所示图图 5-4磁场对通电矩形线圈的作用力矩磁场对通

20、电矩形线圈的作用力矩 线圈的顶边线圈的顶边 ad 和底边和底边 bc 所所受的磁场力受的磁场力 Fad、Fbc 大小相等，大小相等，方向相反，在一条直线上，彼此方向相反，在一条直线上，彼此平衡；而作用在线圈两个侧边平衡；而作用在线圈两个侧边 ab 和和 cd 上的磁场力上的磁场力 Fab、Fcd 虽然大虽然大小相等，方向相反，但不在一条小相等，方向相反，但不在一条直线上，产生了力矩，称为直线上，产生了力矩，称为磁力磁力矩矩。当线圈平面与磁感线平行时，当线圈平面与磁感线平行时，力臂最大，线圈受磁力矩最大；力臂最大，线圈受磁力矩最大；当线圈平面与磁感线垂直时，当线圈平面与磁感线垂直时，力臂为零，线

21、圈受磁力矩也为零。力臂为零，线圈受磁力矩也为零。电流表就是根据上述原理工电流表就是根据上述原理工作的。作的。这个力矩使线圈绕这个力矩使线圈绕 OO 转动，转动过程中，随着线圈平面与磁转动，转动过程中，随着线圈平面与磁感线之间夹角的改变，力臂在改变，磁力矩也在改变。感线之间夹角的改变，力臂在改变，磁力矩也在改变。三、电流表工作原理三、电流表工作原理1结构结构电流表的结构如图电流表的结构如图 5-5 所示。所示。在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一在一个很强的蹄形磁铁的两极间有一个固定的圆柱形铁心，铁心外套有一个可个固定的圆柱形铁心，铁心外套有一个可以绕轴转动的铝框，铝框上绕有线圈，铝以绕轴转动的铝框

22、，铝框上绕有线圈，铝框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，框的转轴上装有两个螺旋弹簧和一个指针，线圈两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被线圈两端分别接在这两个螺旋弹簧上，被测电流就是经过这两个弹簧流入线圈的。测电流就是经过这两个弹簧流入线圈的。图图 5-5电流表的结构电流表的结构2工作原理工作原理如图如图 5-6 所示，蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布，所示，蹄形磁铁和铁心间的磁场是均匀地辐向分布，这样，不论通电线圈转到什么方向，它的平面都跟磁感线平行。因这样，不论通电线圈转到什么方向，它的平面都跟磁感线平行。因此，线圈受到的偏转磁力矩此，线圈受到的偏转磁力矩 M1 就不随偏角而改变。就不随

23、偏角而改变。通电线圈所受的的磁力矩通电线圈所受的的磁力矩 M1 的大小与电流的大小与电流 I 成正比，即成正比，即 M1=k1I式中式中 k1 为比例系数。为比例系数。图图 5-6磁电式电表的磁场磁电式电表的磁场 线圈偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产生一个阻碍线圈偏转线圈偏转使弹簧扭紧或扭松，于是弹簧产生一个阻碍线圈偏转的力矩的力矩 M2，线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩也越大，线圈偏转的角度越大，弹簧的力矩也越大，M2 与偏转与偏转角角 成正比，即成正比，即 M2=k2 (式中式中 k2 为比例系数为比例系数)当当 M1、M2 平衡时，线圈就停在某一偏角上，固定在转轴上的平衡时，线圈就停在某一

24、偏角上，固定在转轴上的指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。指针也转过同样的偏角，指到刻度盘的某一刻度。比较上述两个力矩，因为比较上述两个力矩，因为 M1=M2，所以，所以 k1I=k2 ，即，即kIIkk 21 即测量时偏转角度即测量时偏转角度 与所测量的电流成正比。这就是电流表的与所测量的电流成正比。这就是电流表的工作原理。这种利用永久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的工作原理。这种利用永久性磁铁来使通电线圈偏转达到测量目的的仪表称为仪表称为磁电式仪表磁电式仪表。3磁电式仪表的特点磁电式仪表的特点(1)刻度均匀，灵敏度高，准确度高。刻度均匀，灵敏度高，准确度高。(2)负载能力差，价

25、格较昂贵。负载能力差，价格较昂贵。(3)给电流表串联一个阻值很大的分压电阻，就可改装成量程给电流表串联一个阻值很大的分压电阻，就可改装成量程较大的电压表；并联一个阻值很小的分流电阻，就可改装成量程较较大的电压表；并联一个阻值很小的分流电阻，就可改装成量程较大的电流表；欧姆表也是由电流表改装的。大的电流表；欧姆表也是由电流表改装的。第四节第四节 铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化二、磁化曲线二、磁化曲线三、磁滞回线三、磁滞回线一、铁磁性物质的磁化一、铁磁性物质的磁化1磁化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本来不具备磁性的物质，由于受磁

26、场的作用而具有了磁性的现象称为该物质被象称为该物质被磁化磁化。只有。只有铁磁性物质铁磁性物质才能被磁化。才能被磁化。2被磁化的原因被磁化的原因(1)内因：铁磁性物质是由许多被称为内因：铁磁性物质是由许多被称为磁畴磁畴的磁性小区域组成的磁性小区域组成的，每一个磁畴相当于一个小磁铁。的，每一个磁畴相当于一个小磁铁。(2)外因：有外磁场的作用。外因：有外磁场的作用。如图如图 5-7(a)所示，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，所示，当无外磁场作用时，磁畴排列杂乱无章，磁性相互抵消，对外不显磁性；磁性相互抵消，对外不显磁性；如图如图 5-7(b)所示，当有外磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向所示，当有外

27、磁场作用时，磁畴将沿着磁场方向作取向排列，形成作取向排列，形成附加磁场附加磁场，使磁场显著加强。，使磁场显著加强。有些铁磁性物质在撤去磁场后，磁畴的一部分或大部分仍然保有些铁磁性物质在撤去磁场后，磁畴的一部分或大部分仍然保持取向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。持取向一致，对外仍显磁性，即成为永久磁铁。图图 5-7铁磁性物质的磁化铁磁性物质的磁化 不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。不同的铁磁性物质，磁化后的磁性不同。铁磁性物质被磁化的性铁磁性物质被磁化的性能，被广泛地应用于电子和能，被广泛地应用于电子和电气设备中，如变压器、继电气设备中，如变压器、继电器、电机等。电器、电机等。二、磁化曲线

28、二、磁化曲线1磁化曲线的定义磁化曲线的定义磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的。铁磁性物质的磁化曲线是用来描述铁磁性物质的磁化特性的。铁磁性物质的磁感应强度磁感应强度 B 随磁场强度随磁场强度 H 变化的曲线，称为磁化曲线，也叫变化的曲线，称为磁化曲线，也叫 BH 曲线。曲线。动画动画 M5-5磁化曲线磁化曲线2磁化曲线的测定磁化曲线的测定图图 5-8 中，中，(a)是测量磁化曲线装置的示意图，是测量磁化曲线装置的示意图，(b)是根据测量是根据测量值做出的磁化曲线。由图值做出的磁化曲线。由图 5-8(b)可以看出，可以看出，B 与与 H 的的关系是非线性的，即不是常数。关系是非线性的，即不

29、是常数。HB 图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定3分析分析(1)0 1 段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当段：曲线上升缓慢，这是由于磁畴的惯性，当 H 从从零开始增加时，零开始增加时，B 增加缓慢，称为增加缓慢，称为起始磁化段起始磁化段。(2)1 2 段：随着段：随着 H 的增大，的增大，B 几乎直线上升，这是由于磁几乎直线上升，这是由于磁畴在外磁场作用下，大部分都趋向畴在外磁场作用下，大部分都趋向 H 方向，方向，B 增加很快，曲线很增加很快，曲线很陡，称为陡，称为直线段直线段。图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定(3)2 3 段：随着段：随着 H 的增加，的增加，B 的

30、上升又缓慢了，这是由于的上升又缓慢了，这是由于大部分磁畴方向已转向大部分磁畴方向已转向 H 方向，随着方向，随着 H 的增加只有少数磁畴继续的增加只有少数磁畴继续转向，转向，B 增加变慢。增加变慢。(4)3 点以后：到达点以后：到达 3 点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方点以后，磁畴几乎全部转到了外磁场方向，再增大向，再增大 H 值，值，B 也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为也几乎不再增加，曲线变得平坦，称为饱和饱和段段，此时的磁感应强度叫，此时的磁感应强度叫饱和磁感应强度饱和磁感应强度。图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定 图图 5-8 磁化曲线的测定磁化曲线的测定 不同的铁磁性物质，

31、不同的铁磁性物质，B 的饱和值不同，对同一种材料，的饱和值不同，对同一种材料，B的的饱和值是一定的。饱和值是一定的。电机和变压器，通常工作在曲线的电机和变压器，通常工作在曲线的 2 3 段，即接近饱和的段，即接近饱和的地方。地方。4磁化曲线的意义磁化曲线的意义在磁化曲线中，已知在磁化曲线中，已知 H 值就可查出对应的值就可查出对应的 B 值。因此，在计值。因此，在计算介质中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。算介质中的磁场问题时，磁化曲线是一个很重要的依据。图图 5-9 给出了几种不同铁给出了几种不同铁磁性物质的磁化曲线，从曲线磁性物质的磁化曲线，从曲线上可看出，在相同的磁场强度上可看出

32、，在相同的磁场强度 H 下，硅钢片的下，硅钢片的 B 值最大，值最大，铸铁的铸铁的 B 值最小，说明硅钢值最小，说明硅钢片的导磁性能比铸铁要好得多。片的导磁性能比铸铁要好得多。图图 5-9几种铁磁性物质的磁化曲线几种铁磁性物质的磁化曲线磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁磁化曲线只反映了铁磁性物质在外磁场由零逐渐增强的磁化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中化过程，而很多实际应用中，铁磁性物质是工作在交变磁场中的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。的。所以，必须研究铁磁性物质反复交变磁化的问题。1磁滞回线的测定磁滞回线的测定 三、磁滞回线三、磁滞回线动画

33、动画 M5-6磁滞回线磁滞回线2分析分析图图 5-10 为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。为通过实验测定的某种铁磁性物质的磁滞回线。(1)当当 B 随随 H 沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小沿起始磁化曲线达到饱和值以后，逐渐减小H 的的数值，由图可看出，数值，由图可看出，B 并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在并不沿起始磁化曲线减小，而是沿另一条在它上面的曲线它上面的曲线 ab 下降。下降。(2)当当 H 减小到零时，减小到零时，B 0，而是保留一定的值称为，而是保留一定的值称为剩磁剩磁，用用 Br 表示。表示。永久性磁铁永久性磁铁就是利就是利用剩磁很大的铁磁性物质制成的。用剩

34、磁很大的铁磁性物质制成的。图图 5-10磁滞回线磁滞回线(3)为消除剩磁，必须加反向磁场，随着反向磁场的增强，铁为消除剩磁，必须加反向磁场，随着反向磁场的增强，铁磁性物质逐渐磁性物质逐渐退磁退磁，当反向磁场增大到一定值时，当反向磁场增大到一定值时，B 值变为值变为 0，剩磁完全消失，如图剩磁完全消失，如图 bc 段。段。bc 段曲线叫段曲线叫退磁曲线退磁曲线，这时，这时 H 值是为克服剩磁所加的磁场强值是为克服剩磁所加的磁场强度，称为度，称为矫顽磁力矫顽磁力，用，用 HC 表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物表示。矫顽磁力的大小反映了铁磁性物质保存剩磁的能力。质保存剩磁的能力。(4)当反向磁场继

35、续增大时，当反向磁场继续增大时，B 值从值从 0 起改变方向，沿曲线起改变方向，沿曲线 cd 变化，并能达到反向饱和点变化，并能达到反向饱和点 d。图图 5-10磁滞回线磁滞回线(5)使反向磁场减弱到使反向磁场减弱到 0，BH 曲线沿曲线沿 de 变化，在变化，在 e 点点 H=0，再逐渐增大正向磁场，再逐渐增大正向磁场，BH 曲线沿曲线沿 efa 变化，完成变化，完成一个循环。一个循环。(6)从整个过程看，从整个过程看，B 的变的变化总是落后于化总是落后于 H 的变化，这种的变化，这种现象称为现象称为磁滞现象磁滞现象。经过多次。经过多次循环，可得到一个封闭的对称循环，可得到一个封闭的对称于原

36、点的闭合曲线于原点的闭合曲线(abcdefa)，称为称为磁滞回线磁滞回线。图图 5-10磁滞回线磁滞回线(7)改变交变磁场强度改变交变磁场强度 H 的幅值，可相应得到一系列大小不一的幅值，可相应得到一系列大小不一的磁滞回线，如图的磁滞回线，如图 5-11 所示。连接各条对称的磁滞回线的顶点，所示。连接各条对称的磁滞回线的顶点，得到一条磁化曲线，叫基本磁化曲线。得到一条磁化曲线，叫基本磁化曲线。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 图图 5-11基本磁化曲线基本磁化曲线3磁滞损耗磁滞损耗 铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程铁磁性物质在交变磁化时，磁畴要来回翻转，在这个过程中，产生了能量

37、损耗，称为中，产生了能量损耗，称为磁滞损耗磁滞损耗。磁滞回线包围的面积越。磁滞回线包围的面积越大，磁滞损耗就越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，大，磁滞损耗就越大，所以剩磁和矫顽磁力越大的铁磁性物质，磁滞损耗就越大。因此，磁滞回线的形状常被用来判断铁磁性磁滞损耗就越大。因此，磁滞回线的形状常被用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。物质的性质和作为选择材料的依据。图图 5-10磁滞回线磁滞回线 图图 5-11基本磁化曲线基本磁化曲线第五节第五节 磁路的基本概念磁路的基本概念 一、磁路一、磁路二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律一、磁路一、磁路1主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通如图如图

38、5-12 所示，当线圈中通以电流后，大部分磁感线沿铁心、所示，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，这部分磁通称为衔铁和工作气隙构成回路，这部分磁通称为主磁通主磁通；还有一部分磁；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漏磁通。图图 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 2磁路磁路磁通经过的闭合路径叫磁通经过的闭合路径叫磁路磁路。磁路和电路一样，分为。磁路和电路一样，分为有分支磁有分支磁路路和和无分支磁路无分支磁路两种类型两种类型。图图 5-12 给出了无分支磁路，图给出了无

39、分支磁路，图 5-13 给出了有分支磁路。在无给出了有分支磁路。在无分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。分支磁路中，通过每一个横截面的磁通都相等。图图 5-13有分支磁路有分支磁路 图图 5-12主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通 二、磁路的欧姆定律二、磁路的欧姆定律1磁动势磁动势通电线圈产生的磁通通电线圈产生的磁通 与线圈的匝数与线圈的匝数 N 和线圈中所通过和线圈中所通过的电流的电流 I 的乘积成正比。的乘积成正比。把通过线圈的电流把通过线圈的电流 I 与线圈匝数与线圈匝数 N 的乘积，称为的乘积，称为磁动势磁动势，也叫也叫磁通势磁通势，即，即 Em=NI磁动势磁动势 Em 的单位是安培的

40、单位是安培(A)。2磁阻磁阻磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用磁阻就是磁通通过磁路时所受到的阻碍作用，用 Rm 表示。表示。磁路中磁阻的大小与磁路的长度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。因此有成反比，并与组成磁路的材料性质有关。因此有SlR m式中，式中，为磁导率，单位为磁导率，单位 H/m；长度；长度 l 和截面积和截面积 S 的单位的单位分别为分别为 m 和和 m2。因此，磁阻。因此，磁阻 Rm 的单位为的单位为 1/亨亨(H 1)。由于磁。由于磁导率导率 不是常数，所以不是常数，所以 Rm

41、也不是常数。也不是常数。3磁路欧姆定律磁路欧姆定律(1)磁路欧姆定律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，即通过磁路的磁通与磁动势成正比，与磁阻成反比，即mmRE 上式与电路的欧姆定律相似，磁通上式与电路的欧姆定律相似，磁通 对应于电流对应于电流 I，磁动势，磁动势 Em 对应于电动势对应于电动势 E，磁阻，磁阻 Rm 对应于电阻对应于电阻 R。因此，这一关系称为。因此，这一关系称为磁路欧姆定律磁路欧姆定律。(2)磁路与电路的对应关系磁路与电路的对应关系磁路中的某些物理量与电路中的某些物理量有对应关系，同时磁路中的某些物理量与电路中的某些物理量有对应关系，同时磁路中某些物理量

42、之间与电路中某些物理量之间也有相似的关系。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。图图 5-14 是相对应的两种电路和磁路。是相对应的两种电路和磁路。图图 5-14对应的电路和磁路对应的电路和磁路 表表 5-2 列出了电路与磁路对应的物理量及其关系式。列出了电路与磁路对应的物理量及其关系式。表表 5-2磁路和电路中对应的物理量及其关系式磁路和电路中对应的物理量及其关系式 slR slR m电路电路磁路磁路电流电流I磁通磁通 电阻电阻磁阻磁阻电阻率电阻率 磁导率磁导率 电动势电动势E磁动势磁动势EI N电路欧姆定律电路欧姆定律I=E/R磁路欧姆定律磁路欧姆定律 =E/R本章小结

43、本章小结一、磁场一、磁场二、电流的磁效应二、电流的磁效应三、描述磁场的物理量三、描述磁场的物理量四、磁场对电流的作用力四、磁场对电流的作用力五、铁磁性物质的磁化五、铁磁性物质的磁化六、磁路六、磁路一、磁场一、磁场1磁场是磁体周围存在的一种特殊物质，磁体通过磁场发生磁场是磁体周围存在的一种特殊物质，磁体通过磁场发生相互作用。相互作用。2磁场的大小和方向可用磁感线来形象的描述：磁感线的疏磁场的大小和方向可用磁感线来形象的描述：磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线的切线方向表示磁场的方向。密表示磁场的强弱，磁感线的切线方向表示磁场的方向。二、电流的磁效应二、电流的磁效应1通电导线周围存在着磁场，说明电

44、可以产生磁，由电产生通电导线周围存在着磁场，说明电可以产生磁，由电产生磁的现象称为电流的磁效应。电流具有磁效应说明磁现象具有电本磁的现象称为电流的磁效应。电流具有磁效应说明磁现象具有电本质。质。2电流产生的磁场方向与电流的方向有关，可用安培定则，电流产生的磁场方向与电流的方向有关，可用安培定则，即右手螺旋定则来判断。即右手螺旋定则来判断。三、描述磁场的物理量三、描述磁场的物理量 1磁感应强度磁感应强度 BB 是描述磁场强弱和磁场方向的物理量，它描述了磁场的力效是描述磁场强弱和磁场方向的物理量，它描述了磁场的力效应。当通电直导线与磁场垂直时，通过观察导线受力可知导线所在应。当通电直导线与磁场垂直

45、时，通过观察导线受力可知导线所在处的磁感应强度处的磁感应强度IlFB 2磁通磁通匀强磁场中，穿过与磁感线垂直的某一截面的磁感线的条数，匀强磁场中，穿过与磁感线垂直的某一截面的磁感线的条数，叫穿过这个面的磁通，叫穿过这个面的磁通，=BS。3磁导率磁导率磁导率是描述媒介质导磁性能的物理量。某一媒介质的磁导率磁导率是描述媒介质导磁性能的物理量。某一媒介质的磁导率与真空磁导率之比，叫这种介质的相对磁导率与真空磁导率之比，叫这种介质的相对磁导率0r 0=4 10 7 H/m4磁场强度磁场强度磁感应强度磁感应强度 B 与磁导率与磁导率 之比称为该点的磁场强度之比称为该点的磁场强度lINHBH ，或，或 四

46、、磁场对电流的作用力四、磁场对电流的作用力1磁场对放置于其中的直线电流有力的作用，其大小为磁场对放置于其中的直线电流有力的作用，其大小为F=BIl sin，方向可用左手定则判断。方向可用左手定则判断。2通电线圈放在磁场中将受到磁力矩的作用。通电线圈放在磁场中将受到磁力矩的作用。五、铁磁性物质的磁化五、铁磁性物质的磁化1铁磁性物质都能够磁化。铁磁性物质在反复磁化过程中，铁磁性物质都能够磁化。铁磁性物质在反复磁化过程中，有饱和、剩磁、磁滞现象，并且有磁滞损耗。有饱和、剩磁、磁滞现象，并且有磁滞损耗。2铁磁性物质的铁磁性物质的 B 随随 H 而变化的曲线称为磁化曲线，它表示而变化的曲线称为磁化曲线，它表示了铁磁性物质的磁性能。磁滞回线常用来判断铁磁性物质的性质和了铁磁性物质的磁性能。磁滞回线常用来判断铁磁性物质的性质和作为选择材料的依据。作为选择材料的依据。六、磁路六、磁路1.磁通经过的闭合路径称为磁路。磁路中的磁通、磁动势磁通经过的闭合路径称为磁路。磁路中的磁通、磁动势和磁阻的关系，可用磁路欧姆定律来表示，即和磁阻的关系，可用磁路欧姆定律来表示，即mmRE SlR m其中，其中，Em=NI 2.由于铁磁性物质的磁导率由于铁磁性物质的磁导率 不是常数，因此磁路欧姆不是常数，因此磁路欧姆定律一般不能直接用来进行磁路计算，只用于定性分析。定律一般不能直接用来进行磁路计算，只用于定性分析。