1、第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n4.1 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n4.2 磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的基本物理量n4.3 鐵磁性材料的磁化曲線鐵磁性材料的磁化曲線n4.4 通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的作用力通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的作用力n4.5 電電磁感應(yīng)磁感應(yīng)n4.6 自自感與互感感與互感第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n1磁場(chǎng)磁場(chǎng)：磁體周圍存在的一種特殊的物質(zhì)叫磁場(chǎng)。磁體間的相互作用力是通過(guò)磁場(chǎng)傳送的。磁體間的相互作用力稱為磁場(chǎng)力，同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。n2磁場(chǎng)的性質(zhì)磁場(chǎng)的性質(zhì)：磁場(chǎng)具有力的性質(zhì)和能量性質(zhì)。n3磁場(chǎng)方向磁場(chǎng)方向：在磁場(chǎng)中某點(diǎn)放一個(gè)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的小磁針，它N極所指的方向即為該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向

2、。第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n在磁場(chǎng)中畫一系列曲線，使曲線上每一點(diǎn)的切線方向都與該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同，這些曲線稱為磁感線。第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n(1) 磁感線的切線方向表示磁場(chǎng)方向，其疏密程度表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。n(2) 磁感線是閉合曲線，在磁體外部，磁感線由N極出來(lái)，繞到S極；在磁體內(nèi)部，磁感線的方向由S極指向N極。n(3) 任意兩條磁感線不相交。n說(shuō)明：磁感線是為研究問(wèn)題方便人為引入的假想曲線，實(shí)際上并不存在。第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n在磁場(chǎng)中某一區(qū)域，若磁場(chǎng)的大小方向都相同，這部分磁場(chǎng)稱為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線是一系列疏密均勻、相互平行的直線。第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n1電流的磁場(chǎng)電流的

3、磁場(chǎng)n直線電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向可用安培定則來(lái)直線電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向可用安培定則來(lái)判定，方法是：用右手握住導(dǎo)線，讓拇指指判定，方法是：用右手握住導(dǎo)線，讓拇指指向電流方向，四指所指的方向就是磁感線的向電流方向，四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。環(huán)繞方向。n環(huán)形電流的磁場(chǎng)方向也可用安培定則來(lái)判定，環(huán)形電流的磁場(chǎng)方向也可用安培定則來(lái)判定，方法是：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流方向方法是：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流方向一致，伸直的拇指所指的方向就是導(dǎo)線環(huán)中一致，伸直的拇指所指的方向就是導(dǎo)線環(huán)中心軸線上的磁感線方向。心軸線上的磁感線方向。n螺線管通電后，磁場(chǎng)方向仍可用安培定則來(lái)螺線管通電后，磁場(chǎng)方向仍可用

4、安培定則來(lái)判定：用右手握住螺線管，四指指向電流的判定：用右手握住螺線管，四指指向電流的方向，拇指所指的就是螺線管內(nèi)部的磁感線方向，拇指所指的就是螺線管內(nèi)部的磁感線方向。方向。第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)n電流的周圍存在磁場(chǎng)的現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)。電流的磁效應(yīng)揭示了磁現(xiàn)象的電本質(zhì)。4.2 磁場(chǎng)的基本物理量磁場(chǎng)的基本物理量在磁極或任何電流回路的周圍以及被磁化后的物在磁極或任何電流回路的周圍以及被磁化后的物體內(nèi)外，都對(duì)磁針或運(yùn)動(dòng)電荷具有磁力作用，這種體內(nèi)外，都對(duì)磁針或運(yùn)動(dòng)電荷具有磁力作用，這種有磁力作用的空間稱為磁場(chǎng)。有磁力作用的空間稱為磁場(chǎng)。下面簡(jiǎn)要地復(fù)習(xí)一下與磁場(chǎng)有關(guān)的物理量下面簡(jiǎn)要地復(fù)習(xí)一下與磁場(chǎng)

5、有關(guān)的物理量.1.磁通磁通垂直穿過(guò)某一面積垂直穿過(guò)某一面積S磁感應(yīng)線的總條數(shù)叫做通過(guò)磁感應(yīng)線的總條數(shù)叫做通過(guò)這一面積的磁通。磁通用符號(hào)這一面積的磁通。磁通用符號(hào) 表示。當(dāng)面積一定表示。當(dāng)面積一定時(shí)若磁通愈多，表示磁場(chǎng)愈強(qiáng)。在國(guó)際單位制（時(shí)若磁通愈多，表示磁場(chǎng)愈強(qiáng)。在國(guó)際單位制（SI）中，磁通的單位是伏秒，常稱為韋伯中，磁通的單位是伏秒，常稱為韋伯Wb,簡(jiǎn)稱韋簡(jiǎn)稱韋2.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度用來(lái)表示磁場(chǎng)中某一點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量用來(lái)表示磁場(chǎng)中某一點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度，用符號(hào)叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度，用符號(hào) 表示。它與磁通的關(guān)系表示。它與磁通的關(guān)系可按圖可按圖12-1求出。求出。式中，式

6、中， 為為S的面積元。的面積元。當(dāng)磁場(chǎng)是均勻時(shí)，若當(dāng)磁場(chǎng)是均勻時(shí)，若 垂直于平面垂直于平面S，則式，則式（12-1）可簡(jiǎn)化為）可簡(jiǎn)化為或或BSdBS)112(SdBSB )212(SB)312(根據(jù)式（根據(jù)式（12-3），），B也可以稱為磁通密度。在國(guó)際也可以稱為磁通密度。在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是韋單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是韋/米米 （ Wb/m ），），即特斯拉（即特斯拉（T）。）。3.磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度將不同的物質(zhì)（通常叫做磁介質(zhì)）放入磁場(chǎng)中，將不同的物質(zhì)（通常叫做磁介質(zhì)）放入磁場(chǎng)中，對(duì)磁場(chǎng)的影響是不同的。不同的物質(zhì)在外磁場(chǎng)的磁對(duì)磁場(chǎng)的影響是不同的。不同的物質(zhì)在外磁場(chǎng)的磁化作用下

7、將產(chǎn)生不同的附加磁場(chǎng)，此種附加磁場(chǎng)又化作用下將產(chǎn)生不同的附加磁場(chǎng)，此種附加磁場(chǎng)又必然反過(guò)來(lái)影響外磁場(chǎng)。外磁場(chǎng)通常是由電流產(chǎn)生，必然反過(guò)來(lái)影響外磁場(chǎng)。外磁場(chǎng)通常是由電流產(chǎn)生，為了反映外磁場(chǎng)和電流之間的關(guān)系，引入一個(gè)輔助為了反映外磁場(chǎng)和電流之間的關(guān)系，引入一個(gè)輔助矢量矢量 叫做磁場(chǎng)強(qiáng)度。它也是用來(lái)表征磁場(chǎng)中各點(diǎn)的叫做磁場(chǎng)強(qiáng)度。它也是用來(lái)表征磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁力大小的方向的物理量。但是，它的大小僅與產(chǎn)磁力大小的方向的物理量。但是，它的大小僅與產(chǎn)生該磁場(chǎng)的電流大小和載流導(dǎo)體的形狀有關(guān)。在國(guó)生該磁場(chǎng)的電流大小和載流導(dǎo)體的形狀有關(guān)。在國(guó)際單位制磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是安際單位制磁場(chǎng)強(qiáng)度的單位是安/米（米（A/m）。）

8、。2/mWb4.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率用來(lái)表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量叫做磁導(dǎo)率。用來(lái)表示物質(zhì)導(dǎo)磁能力大小的物理量叫做磁導(dǎo)率。它與磁場(chǎng)強(qiáng)度乘積等于磁感應(yīng)強(qiáng)度，即它與磁場(chǎng)強(qiáng)度乘積等于磁感應(yīng)強(qiáng)度，即 =B/H在國(guó)際單位制中在國(guó)際單位制中 的單位為亨的單位為亨/米（米（H/m），可推導(dǎo)），可推導(dǎo)如下：如下：米亨米秒歐米安秒伏米安米韋/2由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在國(guó)際單位制中，真空中的導(dǎo)磁由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在國(guó)際單位制中，真空中的導(dǎo)磁系數(shù)系數(shù) 為一常數(shù)，即為一常數(shù)，即通常采用實(shí)際導(dǎo)磁系數(shù)通常采用實(shí)際導(dǎo)磁系數(shù) 與與 的比值的比值 來(lái)來(lái)表示各種物質(zhì)的導(dǎo)磁能力，叫做相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù)。顯表示各種物質(zhì)的導(dǎo)磁能力，叫做相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù)。顯然，它是沒

9、有單位的。例如硅鋼片的然，它是沒有單位的。例如硅鋼片的 坡莫合金（鐵鎳合金）在弱磁場(chǎng)中的坡莫合金（鐵鎳合金）在弱磁場(chǎng)中的 可達(dá)可達(dá) 左右。左右。0mH /10470)612(0)/(0r80006000rr5104.3 鐵磁性材料的磁化曲線鐵磁性材料的磁化曲線本章第一節(jié)已指出，物質(zhì)的磁性可用導(dǎo)磁系數(shù)來(lái)本章第一節(jié)已指出，物質(zhì)的磁性可用導(dǎo)磁系數(shù)來(lái)表示，或者用式（表示，或者用式（12-5）以通過(guò)物質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度）以通過(guò)物質(zhì)中磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系來(lái)描述。真空或空氣的導(dǎo)磁能力與磁場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系來(lái)描述。真空或空氣的導(dǎo)磁能力很低，其導(dǎo)磁系數(shù)為很低，其導(dǎo)磁系數(shù)為 ，是一個(gè)不隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，是一個(gè)不隨磁場(chǎng)

10、強(qiáng)度的大小而變化的常數(shù)（而變化的常數(shù)（ ）。所以，真空或空氣）。所以，真空或空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地變化的，如中的磁感應(yīng)強(qiáng)度是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度成比例地變化的，如圖圖12-3中的直線中的直線所示。所示。鐵、鎳、鈷及其合金，導(dǎo)磁能力很高，常稱為鐵鐵、鎳、鈷及其合金，導(dǎo)磁能力很高，常稱為鐵磁性材料。它是構(gòu)成磁路的主要材料。鐵磁性材料磁性材料。它是構(gòu)成磁路的主要材料。鐵磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù)很大，可達(dá)數(shù)百甚至數(shù)萬(wàn)而且還具的相對(duì)導(dǎo)磁系數(shù)很大，可達(dá)數(shù)百甚至數(shù)萬(wàn)而且還具有磁飽和及磁滯的特點(diǎn)。有磁飽和及磁滯的特點(diǎn)。mH/10470鐵磁性材料的鐵磁性材料的B-H曲線，通常具有如圖曲線，通常具有如圖12-

11、3中中曲線曲線所示的形狀。鐵磁性材料已經(jīng)進(jìn)行消磁（或所示的形狀。鐵磁性材料已經(jīng)進(jìn)行消磁（或稱去磁），即從稱去磁），即從B=0，H=0的狀態(tài)開始磁化，在外的狀態(tài)開始磁化，在外磁場(chǎng)較小的情況下（即圖中磁場(chǎng)較小的情況下（即圖中 的區(qū)域），材料的區(qū)域），材料中中 的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大，其變化的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大，其變化并不大。但隨著外磁場(chǎng)的繼續(xù)增大，材料中的磁感并不大。但隨著外磁場(chǎng)的繼續(xù)增大，材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度則急劇增大應(yīng)強(qiáng)度則急劇增大,如圖中如圖中 段所示段所示.在這一范圍在這一范圍內(nèi)內(nèi),鐵磁材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度較真空或空氣中大得多鐵磁材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度較真空或空氣中大得多

12、,即表現(xiàn)出較高的導(dǎo)磁能力或較小的磁阻。所以，通即表現(xiàn)出較高的導(dǎo)磁能力或較小的磁阻。所以，通常就要求材料工作在常就要求材料工作在 點(diǎn)附近，若外磁場(chǎng)繼續(xù)增大點(diǎn)附近，若外磁場(chǎng)繼續(xù)增大（ ），鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度的增長(zhǎng)率反而），鐵磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度的增長(zhǎng)率反而變小，如圖中變小，如圖中 段所示。當(dāng)段所示。當(dāng) 以后，磁感應(yīng)以后，磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度 1HH 21aa2a2HH aa2mHH 的增長(zhǎng)率就幾乎與空氣一樣不變了，這種現(xiàn)象稱為的增長(zhǎng)率就幾乎與空氣一樣不變了，這種現(xiàn)象稱為磁飽和。在磁飽和區(qū)域，導(dǎo)磁系數(shù)下降，磁阻增大。磁飽和。在磁飽和區(qū)域，導(dǎo)磁系數(shù)下降，磁阻增大。圖中曲線圖中曲線表示鐵磁材料從原始狀態(tài)開始進(jìn)

13、行磁化表示鐵磁材料從原始狀態(tài)開始進(jìn)行磁化的整個(gè)過(guò)程。這種磁化曲線稱為原始（或起始）的整個(gè)過(guò)程。這種磁化曲線稱為原始（或起始） 磁磁化曲線。鐵磁材料的導(dǎo)磁系數(shù)隨外磁場(chǎng)變化的曲線，化曲線。鐵磁材料的導(dǎo)磁系數(shù)隨外磁場(chǎng)變化的曲線，見圖見圖12-3中曲線中曲線。鐵磁材料磁化在起始階段及進(jìn)。鐵磁材料磁化在起始階段及進(jìn)入磁飽和后，導(dǎo)磁系數(shù)均不大；但在入磁飽和后，導(dǎo)磁系數(shù)均不大；但在H=H2附近，附近，導(dǎo)磁系數(shù)達(dá)最大值，且遠(yuǎn)大于空氣及其他材料，為導(dǎo)磁系數(shù)達(dá)最大值，且遠(yuǎn)大于空氣及其他材料，為 的數(shù)百或數(shù)萬(wàn)倍。可見。在磁化過(guò)程中，鐵磁材料的數(shù)百或數(shù)萬(wàn)倍。可見。在磁化過(guò)程中，鐵磁材料的導(dǎo)磁系數(shù)是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度而變的，不

14、是常數(shù)。的導(dǎo)磁系數(shù)是隨磁場(chǎng)強(qiáng)度而變的，不是常數(shù)。當(dāng)外磁場(chǎng)增大到使鐵磁材料達(dá)飽和狀態(tài)的當(dāng)外磁場(chǎng)增大到使鐵磁材料達(dá)飽和狀態(tài)的 后，后，重又逐步減小，那么材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度也會(huì)隨之重又逐步減小，那么材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度也會(huì)隨之減小。減小。 0mH但但B值并不按原始磁化曲線的規(guī)律下降，而是沿高值并不按原始磁化曲線的規(guī)律下降，而是沿高于原始磁化曲線的于原始磁化曲線的ab曲線減小，如圖曲線減小，如圖12-4所示?？伤尽？梢姡谙陆颠^(guò)程中，對(duì)應(yīng)同一磁場(chǎng)強(qiáng)度的見，在下降過(guò)程中，對(duì)應(yīng)同一磁場(chǎng)強(qiáng)度的B值，均值，均比原始磁化過(guò)程的比原始磁化過(guò)程的B值要大。值要大。 當(dāng)當(dāng)H單調(diào)減小到零時(shí)，單調(diào)減小到零時(shí)，B等于等于

15、，而不為零。，而不為零。 稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁，相對(duì)于曲線上的稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱剩磁，相對(duì)于曲線上的b點(diǎn)。點(diǎn)。在相反方向下增加外磁場(chǎng)，則在相反方向下增加外磁場(chǎng)，則B將由將由Br逐漸減小。逐漸減小。這一過(guò)程稱為去磁過(guò)程。使磁感應(yīng)強(qiáng)度減至零時(shí)所這一過(guò)程稱為去磁過(guò)程。使磁感應(yīng)強(qiáng)度減至零時(shí)所需的外磁場(chǎng)強(qiáng)度需的外磁場(chǎng)強(qiáng)度 稱為矯頑磁力，相應(yīng)于曲線上的稱為矯頑磁力，相應(yīng)于曲線上的c點(diǎn)。各種鐵磁材料均有一定的剩磁及矯頑磁力。點(diǎn)。各種鐵磁材料均有一定的剩磁及矯頑磁力。 rBrBcHmHrBafeaa鐵磁材料按其磁滯回線形狀不同，可分成兩類：鐵磁材料按其磁滯回線形狀不同，可分成兩類：一類叫軟磁材料

16、，如純鐵、鑄鐵、鑄鋼、電工鋼、一類叫軟磁材料，如純鐵、鑄鐵、鑄鋼、電工鋼、鐵淦氧磁體及坡莫合金等；這類材料的剩磁及矯頑鐵淦氧磁體及坡莫合金等；這類材料的剩磁及矯頑磁力均較小，磁滯回線狹窄，如圖磁力均較小，磁滯回線狹窄，如圖12-6所示，所以所示，所以磁滯損耗較小。但導(dǎo)磁系數(shù)卻很高，適于做成各種磁滯損耗較小。但導(dǎo)磁系數(shù)卻很高，適于做成各種電機(jī)、電器的鐵心。另一類叫硬磁材料，如碳鋼、電機(jī)、電器的鐵心。另一類叫硬磁材料，如碳鋼、鎢鋼、鈷鋼及鎳合金等，它們的剩磁或矯頑磁力較鎢鋼、鈷鋼及鎳合金等，它們的剩磁或矯頑磁力較大，磁滯回線較寬，如圖大，磁滯回線較寬，如圖12-7所示。這類材料被磁所示。這類材料被

17、磁化后，其剩磁不易消失，適宜做永久磁鐵化后，其剩磁不易消失，適宜做永久磁鐵。在非飽和狀態(tài)下，用在非飽和狀態(tài)下，用不同幅值的交變磁場(chǎng)強(qiáng)度，不同幅值的交變磁場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)鐵磁材料進(jìn)行反復(fù)磁化，對(duì)鐵磁材料進(jìn)行反復(fù)磁化，將得到一系列磁滯回線，如將得到一系列磁滯回線，如圖圖12-8所示。各磁滯回線頂所示。各磁滯回線頂點(diǎn)連線點(diǎn)連線oa，稱為基本磁化曲，稱為基本磁化曲線，簡(jiǎn)稱磁化曲線。用軟磁線，簡(jiǎn)稱磁化曲線。用軟磁材料做成的磁路，由于磁滯材料做成的磁路，由于磁滯回線狹窄，近似與基本磁化回線狹窄，近似與基本磁化曲線重合，所以進(jìn)行磁路計(jì)曲線重合，所以進(jìn)行磁路計(jì)算時(shí)就可以基本磁化曲線為算時(shí)就可以基本磁化曲線為依據(jù)。有

18、時(shí)基本磁化曲線也依據(jù)。有時(shí)基本磁化曲線也用表格形式給出，稱為磁化用表格形式給出，稱為磁化數(shù)據(jù)表。在計(jì)算時(shí)可參閱本數(shù)據(jù)表。在計(jì)算時(shí)可參閱本章的附表與附圖。章的附表與附圖。第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)1、理解自感系數(shù)的定義2、區(qū)別自感互感第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)重點(diǎn)：重點(diǎn)：自感系數(shù)難點(diǎn)：難點(diǎn)：區(qū)分自感互感第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)i1a*bi2cd2 11 112圖 4.6 互感應(yīng)現(xiàn)象 第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)1、自感磁通11：在線圈1中通以交變電流i1，使線圈1具有的磁通11叫自感磁通11。2、自感磁鏈11： 11=N1 11叫線圈1的自感磁鏈。3、互感磁通21：由于線圈2處在i1所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中， 11的一部分穿過(guò)線圈2，線圈2具有的磁通21叫做互感磁通。4、互感磁鏈21： 21=N2 21第第4 4章章 磁場(chǎng)磁場(chǎng)5、自感現(xiàn)象：由于自身電流的變化在自