1、工程五電磁應用技術任務一 認知磁現象（2課時）學習目標掌握磁的基本知識，理解磁的基本概念。一、磁的基本概念.磁性物質具有吸引鐵、鎂、鉆等物質的性質稱為磁性。.磁體具有磁性的物體稱為磁體。磁體根據來源不同可分為天然磁體和人造磁體, 人造磁體根據形狀不同可分為條形磁鐵、針形磁鐵、U形磁鐵等。.磁極磁體上磁性最強的區域稱為磁極。任何物體都有兩個磁極，分別為南極（S） 北極（N）o兩磁體的磁極間具有相互作用，即同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸弓I。應用：指南針、磁懸浮列車。二、磁場與磁力線規定在磁場中某一點自由旋轉的小磁針靜止時北極所指的方向為該點的磁 場方向。描述磁場的幾個物理量如下：L磁力線為了形

2、象地描述磁場這一概念，引入磁力線（磁感線）的概念。磁體周圍存在的磁力作用空間稱為磁場。我們規定：在磁體外部，磁力線由N極指向S極；在磁體內部，由S極指 向N極。在曲線上任意一點切線方向就是小磁針在磁力作用下靜止時N極所指 方向。通常以磁力線方向來表示磁場方向。用磁力線的疏密來描述磁場的強弱, 磁力線越密集，磁場越強，反之越弱。.磁感應強度垂直通過單位面積的磁力線的數目稱為該點的磁感應強度,用字母5表示， 單位為特斯拉，簡稱特（T）。.磁通量垂直通過某一面積上的磁力線的總數稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通, 用字母表示，單位為韋伯，簡稱韋（Wb）。勻強磁場磁通量為gBS（5-1）任務二 認知電流

3、的磁場（2課時）學習目標（1）理解磁現象的電本質電流的磁效應。（2）掌握右手螺旋定制，學會判斷電流產生磁場的方向。電流的周圍存在磁場，即電流的磁效應。通電導體產生的磁場方向可以用右手螺旋法那么(安培定那么)來判斷。右手螺 旋法那么(安培定那么)內容：L直導體電流的磁場用右手握住通電導體，讓拇指指向電流方向，那么彎曲的四指的指向就是磁場 方向。.螺線管電流的磁場用右手握住螺旋管，彎曲的四指指向線圈的電流方向，那么拇指方向就是螺旋 管內部磁場的方向。利用電流的磁效應可以制成磁懸浮列車、電動機定子、低壓電器的電磁系統、 電磁鐵、電磁起重機、磁性工作臺等。任務三 感知電磁力(2課時)學習目標(1)理解

4、電磁力的概念。(2)學會計算電磁力的大小，學會判斷電磁力的方向。(3)掌握電磁力的應用。一、磁場對載流導體的作用我們把載流導體在磁場中所受的作用力稱為電磁力，用尸表示。根據這一原 理制成了電動機。實驗證明：電磁力方的大小與導體電流大小、導體在磁場中的有效長度及載 流導體所在位置的磁感應強度成正比。即F=BILsina(5-2)式中，尸為導體受到的電磁力，N； 8為磁感應強度，T； /為導體中的電流強度， A； L為導體有效長度，m；。為直導體與磁感應方向夾角。當導體垂直于磁感應強度的方向時，導體受到的電磁力最大；與導體平行時 不受力。載流導體在磁場中受到的電磁力的方向可以用左手定那么判斷。左手

5、定那么內容是：伸平左手，拇指與四指垂直并在一個平面上，讓磁力線穿 過手心，四指指向電流方向，那么拇指所指方向是導體受力方向。二、磁場對通電矩形線圈的作用根據磁場對通電矩形線圈的作用制成了很多電氣設備和儀表，如直流電動機、 直流電壓表、直流電流表、萬用表等。怎么才能使線圈連續旋轉？在直流電動機中加入換向器，使得電動機始終瞬 時針旋轉。*任務四認知鐵磁材料(2課時)學習目標(1) 了解不同的鐵磁材料的特性，掌握其用途。(2)理解磁化、磁滯現象。一、鐵磁物質的磁化原來不具有磁性的物質，在外磁場作用下產生磁性的現象，稱為磁化。二、磁化曲線鐵磁物質從完全無磁狀態進行磁化的過程中，磁感應強度B將按照一定規

6、 律隨外磁場強度H的變化而變化，這種B-H關系曲線稱為磁化曲線。三、磁滯回線如圖5-24 (a)所示(上面那個實驗圖標號)，當鐵磁材料在交變磁場中進行 反復磁化時，可以得到圖5-26所示的磁滯回線。通過反復磁化得到的B-H曲線SRDS R DS稱為磁滯回線。鐵磁材料在反 復磁化過程中，B的變化總是滯后于”的變化，這一現象稱為磁滯。四、鐵磁材料的分類.軟磁材料軟磁材料指剩磁和矯頑力都很小的鐵磁材料。可用來制造電動機、變壓器、 繼電器的鐵心等。軟磁材料主要有坡莫合金、鑄鋼、硅鋼等。.硬磁材料硬磁材料指指剩磁和矯頑力都很大的鐵磁材料。硬磁材料適用于制作永磁鐵, 主要有鑄鋼、鉆鋼、銘鋼、鋁銀鉆合金等。

7、.矩磁材料矩磁材料的磁滯回線形狀如矩形。矩磁材料主要用來制作記憶元件，如存儲 器的磁芯等。*任務五 認知磁路與磁路歐姆定律(2課時)學習目標(1)掌握磁路的基本概念。(2)掌握磁路歐姆定律。磁路的基本概念L磁路磁通經過的閉合路徑稱為磁路。.磁動勢通電線圈的電流和線圈匝數的乘積，稱為磁動勢(磁通勢),用符號Fm表示， 單位為安培(A)。Fm=NI(5-3)式中，N為線圈匝數；/為通過線圈的電流，Ao.磁阻磁通通過磁路時所受到的阻礙作用稱為磁阻，用符號Rm表示。磁阻的大小 與構成磁路的材料的性質有關，且與磁路的長度/成正比，與磁路的橫截面積S 成反比：(5-4)式中，為磁導率，H/m； /為磁路長

8、度，m； S為磁路橫截面積，m2o二、磁路歐姆定律磁路中的磁通等于作用在該磁路上的磁動勢尸m除以磁路的磁阻Rn,這 就是磁路的歐姆定律。寫成公式即(5-5)任務六 感知電磁感應現象（2課時）學習目標（1） 了解電磁感應現象，掌握產生感應電流的條件。（2）掌握楞次定律，學會用楞次定律判斷感應電流的方法。（3）掌握右手定那么，學會用右手定那么判斷感應電流的方法。一、電磁感應現象如圖5-32所示，將磁鐵插入線圈，或把磁鐵從線圈中拔出，觀察電流表指 針的偏轉情況。大量實驗證明：當閉合線圈中的磁通發生變化或導體相對于磁場運動而切割 磁力線時，在導體或線圈中都會產生電動勢。假設線圈或導體構成閉合回路，那么

9、導 體或線圈中將產生電流。這種由于磁通變化而在導體或線圈中產生感應電動勢的現象稱為電磁感應。 由電磁感應產生的電動勢稱為感應電動勢（感生電動勢），由感應電動勢引起的 電流稱為感應電流（感生電流）。只要穿過閉合電路的磁通發生變化，閉合電路中就有電流產生。這就是發生 電磁感應現象的條件。二、法拉第電磁感應定律與楞次定律.法拉第電磁感應定律線圈中感應電動勢的大小與穿過線圈的磁通變化率成正比，這個規律稱為法 拉第電磁感應定律。設A/時間內通過線圈的磁通量為，那么單匝線圈中產生的電動勢的平均 值為(5-6)(5-6)(5-6)(5-7)e =(5-6)(5-7)At對于N匝線圈，其感應電動勢為e = N

10、處 At式中，e為在/時間內產生的感應電動勢，V； N為線圈匝數；A為線圈中的 磁通變化量；加為磁通變化所需要的時間，s。法拉第電磁感應定律說明線圈中感應電動勢的大小取決于線圈中磁通的變 化速率，而與線圈中磁通本身的大小無關。.楞次定律應用楞次定律可以判斷線圈中感應電動勢或感應電流的方向。楞次定律的內容是：當穿過線圈的磁通變化時，感應電流的磁通總是阻礙原 磁通的變化。使用楞次定律判斷感應電流的方向。(1)判斷原磁通的方向及變化趨勢。(2)使用楞次定律判斷感應磁通的方向。根據楞次定律，感應磁通阻礙原 磁通的增大，與原磁通方向相反。故感應磁通方向向上。(3)根據右手螺旋定那么判斷感應電流方向。.直

11、導體的感應電動勢當直導體切割磁力線運動時，會發生電磁感應現象。對于磁感應強度為B的勻強磁場，長度為L的直導體以速度y切割磁感線 運動，運動方向與磁感線方向成a角，那么直導體中產生的感應電動勢的大小為E=BLvsin a直導體切割磁感線產生感應電動勢的方向用右手定那么判斷。右手定那么內容：伸平右手，拇指與其余四指垂直，讓磁感線垂直穿過掌心。 拇指指向導體運動方向，那么四指的方向便是感應電動勢方向或感應電流方向。例52使用右手定那么，感應電動勢方向(感應電流方向)為A-B。任務七 認識自感、互感和渦流現象(6課時)學習目標了解自感、互感和渦流現象。(2)能夠根據電磁感應定律分析通電、斷電時發生自感

12、、互感現象的原因。了解自感、互感、渦流現象的應用和防止。一、自感.自感現象如圖5-40所示。調節滑線變阻器，使兩個支路的電阻值相等。觀察實驗現 象。當線圈中的電流發生變化時，線圈本身就產生感應電動勢，這個電動勢總是 阻礙線圈中電流的變化。這種由于線圈自身電流發生變化而產生感應電動勢的現象稱為自感現象。在 自感現象中產生的感應感應電動勢稱為自感電動勢。.自感系數當空心線圈中通過電流后，這個電流產生的磁場使每匝線圈具有的磁通。稱為自感磁通。使N匝線圈具有的磁通稱為自感磁鏈，用字母w表示。那么k(5-8)我們把線圈中通過單位電流所產生的自感磁鏈稱為自感系數，也稱自感量, 簡稱電感，用L表示，單位為亨

13、利，簡稱亨，用字母H表示，即 = (5-9)* I式中，以為由線圈自身的電流產生的自感磁鏈，Wb； i為通過線圈的電流，A；L為線圈的電感，Ho電感是衡量線圈電流產生自感磁鏈的能力的物理量。電感L是由線圈本身 的特性決定的，只與其大小、線圈的匝數、幾何形狀及線圈中媒介質的磁導率有 關。.自感現象的應用自感現象在各種電氣設備和無線電技術中有廣泛的應用。自感線圈是交流電 流的重要元件，構成RL電路、RLC電路。在無線電設備中，用它和電容組成振 蕩電路，來發生電磁波。自感現象也有不利的一面。在一些電工設備中，自感現象的存在造成過電壓、 過電流，從而使電氣設備受到危害。二、互感.互感現象圖5-43所示

14、為互感實驗電路。由于一個線圈中電流的變化，而在另一個線圈中產生感應電動勢的現象，稱 為互感現象。由互感現象產生的電動勢稱為互感電動勢，由互感電動勢產生的電 流稱為互感電流。互感系數線圈;有線圈2之間就有了磁的聯系，這種聯系稱為磁耦合或互感耦合。為 了定量表征這種互感耦合而引入互感系數的概念。當線圈1和線圈2之間有互感耦合后，這時互感磁鏈為(5-10)(5-10)(5-10)(5-11)*2 二N1 12+21=N2 21(5-10)(5-11)在兩個有磁耦合的線圈中，互感磁鏈與產生此磁鏈的電流的比值，稱為這兩 個線圈的互感系數，也稱互感量，簡稱互感，用/表示，單位和自感系數一樣， 也是亨利(H

15、)o即(5-12)通常互感系數只與兩個線圈匝數、幾何形狀、尺寸、相對位置及媒介質磁導 等率有關，與回路電流無關。.互感電動勢對于兩個靠得很近的線圈，設兩個線圈的互感系數為M (常數)，當第一線 圈的電流n變化將在第二個線圈中產生的互感電動勢為(5-13)(5-14)上式說明，線圈中的互感電動勢是與互感系數和另一線圈電流的變化率的乘 積成正比。互感電動勢的方向可以用楞次定律判斷。.互感的同名端互感電動勢的方向不僅取決于互感磁通的變化趨勢，而且與線圈的繞向有關。 在電工技術中，人們采用同名端來反映磁耦合線圈的繞向。在同一變化磁通下， 感應電動勢極性相同的端點稱為同名端。一般用符號表示。.互感現象的

16、應用互感在電力工程和無線電技術中有著廣泛的應用。我們使用的各種變壓器、 電動機、電焊機等都是利用互感原理制成的。(1)變壓器變壓器是根據互感原理制成的，它把某一數值的交變電壓變換為頻率相同而 大小不同的交變電壓。變壓器是供、用電系統中很重要的電氣設備。它可以改變 交流電的電壓、電流，還可以改變相位和阻抗等。三、渦流把塊狀金屬放在交變磁場中，由電磁感應定律可知，金屬塊內將產生感應電 流。這種電流在金屬塊內自成閉合回路，很像水的旋渦，因此稱為渦電流，簡稱 渦流。渦流對一般的電器是有害的。因為它是鐵心發熱，產生渦流損失，造成能量 的無謂消耗。鐵心過熱，還會影響繞在鐵心上的線圈的絕緣壽命，致使設備不能

17、 正常運行。此外，渦流還具有削弱原來磁場的作用。應當采取措施，盡量減小渦 流對電氣設備的影響。為了減小渦流，在低頻范圍內，電氣設備的鐵心用硅鋼片 疊制而成。渦流有其有害的一面，也有其有利的一面。可以利用渦流產出的熱量加熱金 屬，如高頻感應爐；可以利用渦流進行高頻淬火；可以利用渦流在中裝配過程使 工件獲得預期的預緊力(俗稱“熱裝”或“紅套”)等。實訓 驗證電磁感應(2課時)一、實訓目標(1)觀察電磁感應現象。(2)驗證楞次定律。二、實訓器材(1)空心線圈。(2)條形磁鐵。(3)開關。(4)干電池。(5)滑線變阻器。(6)微安表。三、實訓步驟.磁鐵與線圈間相對運動(1)按照圖5-48接好線路。(2)將條形磁鐵插入(拔出)線圈，觀察實驗現象，記錄好電流方向。(3)用楞次定律條分析條形磁鐵插入(拔出)線圈時產生的感應電流方向。(4)比較實驗結果與分析結果是否相同，驗證楞次定律。.載流線圈與副線圈相對運動（1）按照圖5-49接好線路。（2）原線圈插入和拔出副線圈時將條形磁鐵