中职电工基础(高教版)课件：第4章 磁与电磁感应02

4.3

磁路的欧姆定律 一、磁路

磁通所经过的路径叫做磁路。 如图1所示为几种常见磁路形式。

利用铁磁材料可以尽可能地将磁通集中在磁路中，与电路相比，漏磁现象比漏电现象严重的多。

全部在磁路内部闭合的磁通叫做主磁通。

部分经过磁路，部分经过磁路周围物质的闭合磁通叫做漏磁通。为了计算简便，在漏磁不严重的情况下可将其忽略，只计算主磁通即可。

二、磁路的欧姆定律

如果磁路的平均长度为L ，横截面积为S ，通电线圈的匝数为N ，磁路的平均长度为L ，线圈中的电流为I ，螺线管内的磁场可看作匀强磁场时，磁路内部磁通为 S L NI S L

NI HS μμμ===Φ 一般将上式写成欧姆定律得形式，即磁路欧姆定律

m m R F =Φ

（式中 F m ——磁通势，单位是安培，符号为A ；

R m ——磁阻，单位是]

[1利亨，符号为H -1； 图1 磁路

Ф——磁通，单位是韦[伯]，符号为Wb 。

其中，NI F m =，它与电路中的电动势相似， S L R m μ=，它与电阻定律S L R ρ=相似。

小结

表1 磁路与电路的比较

磁 路

电 路 磁通势NI F m =

电动势E 磁通Ф

电流I 磁阻S L R m μ=

电阻S L R ρ= 磁导率μ 电阻率ρ

磁路欧姆定律m

m R F =Φ 电路欧姆定律

R E I =

4.4 电磁感应现象

& 4.5 电磁感应定律

一、电磁感应现象

1、引言：英国物理学家法拉第坚信，电与磁决不孤立，有着密切的联系。为此，他做了许多实验，把导线放在各种磁场中想得到电流需要一定的条件，他以坚韧不拔的意志历时10年，终于找到了这个条件，从而开辟了物理学又一崭新天地。

2、产生感应电流的条件

观察提问：

A、研究对象：由导体AB，电流表构成的闭合回路，

磁场提供：蹄形磁铁。

B、AB做切割磁感线运动，可见电流表指针偏转，

结论：

1、像这样利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应现象，用电磁感应的方法产生的电流，叫感应电流。

2、闭合回路中的一部分道理在磁场中作切割磁感线运动时，回路中有感应电流。

3、电磁感应电流的方

A．右手定则

重做实验：如图4-14所示。

①改变导体的运动方向；

现象：电流计指针的偏转方向不同。

表明：感应电流的方向与导体切割磁力线

运动方向的有关。

②改变磁场方向

图4-4-1 右手定则

现象：电流计指针的偏转方向不同。

表明：感应电流的方向与磁场方向有关。

总结：感应电流的方向跟导体运动的方向和磁感线的方向都有关系。它们三者之间满足——右手定则：

伸开右手，使大拇指和四指在同一平面内并且拇指与其余四指垂直，让磁力线从掌心穿入，拇指指向导体运动方向，四指所指的方向是感应电流的方向。说明：（1）右手定则的适用范围

（2）在感应电流方向、磁场方向、导体运动方向中已知任意两个的方向可以判断第三个的方向

B．楞次定律

用右手定则判定导体与磁场发生相对运动时产生的感应电流方向较为方便。如何来判定闭合电路的磁通量发生变化时，产生的感应电流方向呢？

楞次定律指出：感应电流的方向，总是使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，它是判断感应电流方向的普遍规律。

图4-15 电磁感应实验

演示实验：如图4-15来验证楞次定律。

①将条形磁铁插入线圈，闭合电路磁通量增加，观察感应电流方向；

②将条形磁铁拔出线圈，闭合电路磁通量减小，观察感应电流方向；

③学生讨论，教师总结分析，验证楞次定律。

总结：应用楞次定律的步骤，

①明确原有磁场的方向以及穿过闭合电路的磁通是增加还是减少；

②根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；

③用右手螺旋定则来确定感应电流的方向。

二、电磁感应定律

1、感应电动势

如果闭合回路中有持续的电流，那么该回路中必定有电动势。

感应电动势：在电磁感应现象中，由电磁感应产生的电动势叫做感应电动势。

注意：电磁感应现象发生时，在闭合回路作中切割磁力线运动的那部分导体就是一个电源。

明确一下研究感应电动势的重要性：

首先，感应电流的大小是随着电阻的变化而变化的，而感应电动势的大小与

电阻无关。

其次，电动势是电源本身的特性，与外电路状态无关。不论电路是否闭合，只要有电磁感应现象发生，就会产生感应电动势，而感应电流只有当回路闭合时才有，开路时则不能产生。

总结：由以上分析可知，感应电动势比感应电流更能反映电磁现象的本质。

2、电磁感应定律

法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

重复演示实验4-15，学生观察并回答：

提问：将磁铁迅速插入与慢慢插入螺线管时，观察电流计指针偏转角度有何不同？反映电流大小有何不同？电动势大小如何？

回答：迅速插入时，指针偏转大，反映电流大，感应电动势大；慢慢插入时，指针偏转小，感应电流小，感应电动势小。

提问：迅速插入与慢慢插入，穿过螺线管磁通量变化是否相同？

回答：磁通量比变化（ϕ

∆）相同。

提问：换用强磁铁，迅速插入，观察到指针的偏转如何？说明什么？

回答：指针偏转更大，反映电流更大，电动势更大。

提问：以上现象说明感应电动势的大小由什么因素决定？

回答：由磁通量变化量ϕ

∆的大小和变化的时间t∆决定，既有磁通量的变化率决定。

教师总结分析：

（1）磁通量变化越快，感应电动势越大，在同一电路中，感应电流越大；反之，越小。

（2）磁通量变化快慢的意义：

a.在磁通量变化ϕ

∆相同时，所用的时间t∆越少，即变化越快；反之，则变化越慢。

b.在变化时间一样时，变化量越大，表明磁通变化越大；反之，则变化越慢。

c.磁通量变化ϕ

∆的快慢，可用单位时间t∆内的磁通量的变化，即磁通量的

变化率来表示。

可见，感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定。

（1）对于单匝线圈

t ∆∆Φ-=ε

（2）对于N 个线圈，且穿过每匝线圈的磁通相同

t N ∆∆Φ-=ε

ε——感应电动势，单位是伏[特]，符号为V 。 式中负号反映楞次定律的内容，即感应电流的磁通总是阻碍产生感应电流的磁通的变化，它并不表示算出的感应电动势得值一定小于零。

三、例题讲解，

略。（见教材§4-5例题1）

IV .小结 （1）感应电动势的方向应用右手定则、楞次定律判定。

右手定则、楞次定律内容。

（2）感应电动势大小的计算则由电磁感应定律来解决。

法拉第电磁感应定律。 （3）可以把感应电动势看作电源电动势，有关闭合电路相关量的计算在这里都适用。

4.6 电感器

在电子技术和电力工程中，常常遇到由导线绕制而成的线圈，如收音机中的高频扼流圈，日光灯电路中的镇流器等等，这些线圈统称为电感线圈，也叫电感器。

电感元件在电子电路中主要与电容组成LC 谐振回路，其作用是调谐、选频、振荡、阻流及带通（带阻）滤波等。

不

论何种电感元件，其电路符号一般都由两部分组成，即代表线圈的部分与代表磁芯和铁芯的部分。线圈部分分为有抽头和无抽头两种。线圈中没有磁芯或铁芯时即为空心线圈，则不画代表磁芯或铁芯的符号。

一、电感器的常用分类

根据线圈内有无铁芯，分为空心和铁芯电感线圈。

1、空心电感线圈

A ．定义：绕在非铁磁材料做成的骨架上的线圈，叫做空心电感线圈。

B ．Ψ-I 特性：

磁链Ψ：一个N 匝的电感线圈通有电流I ，在每匝线圈上产生的磁通为Φ，则线圈的磁链为

Φ=ψN

磁通Φ与磁链ψ都是电流I 的函数，都随电流的变化而变化。理论和实验都可以证明，磁链ψ与电流I 成正比，即

LI =ψ或I L ψ=

式中

I ——线圈中的电流，单位是安[培]，符合为A ； Ψ——线圈中的磁链，单位是韦[伯]，符号为Wb ； 图1 常用电感元件实物图及电路符号

L ——线圈的自感系数，简称自感或电感，单位是亨[利]，符号为H 。

实际中常用到的符号还有，毫亨（mH ）和微亨（μH ）。

H mH 3101-= H H 6101-=μ 2、铁芯电感线圈

A ．定义：在空心电感线圈内放置铁磁材料制成的铁芯，叫做铁芯电感线圈。

B ．Ψ-I 特性：通过铁芯线圈的电流与磁链不是正比关系，比值I ψ不是常数。 对于一个确定的电感线圈，磁场强度H 与所通过的电流I 成正比，即H 与I 一一对应；磁感应强度B 与线圈的磁链Ψ成正比，即B 与Ψ一一对应。可见，Ψ与I 的曲线和B 与H 的曲线形状相同，如图4-20所示。（图见教材§4-6） 由图可见，电流为I 1时对应的磁链Ф1，其电感为

11

11tan α=Φ=I L , 电流为I 2时对应的磁链Ф2，其电感为

2222tan α=Φ=

I L . 显然，L 1≠L 2。

电感的大小随电流的变化而变化，这种电感叫非线性电感。 提示：有时为了增大电感，常常在线圈中放置铁芯或磁芯，使单位电流所产生的磁链剧增，从而达到增大电感的目的。

二、电感线圈的参数

电感元件是一个储能元件（磁场能），它有两个重要参数，一个是电感，一个是额定电流。

1、电感 电感量L 也称自感系数，是用来表示电感元件自感应能力的物理量。

当通过一个线圈的磁通发生变化时，线圈中便会产生电势，这就是电磁感应现象。电势大小正比于磁通变化的速率和线圈匝数。自感电动势的方向总是组织电流变化的，犹如线圈具有惯性，这种电磁惯性的大小就用电感量L 来表示。

L 的基本单位是H （亨[利]），实际用的较多的单位为毫亨（mH ）和微亨（μH ）。 H mH 3101-= H H 6101-=μ

2、额定电流

通常是指允许长时间通过电感元件的直流电流值。

选用电感元件时，其额定电流值一般要稍大于电流中流过的最大电流。

注意：实际的电感线圈常用导线绕制而成，因此除具有电感外还具有电阻。由于电感线圈的电阻很小，常可忽略不计，它就成为一种只有电感而没有电阻的理想线圈，即纯电感线圈，简称电感。

三、例题讲解

略。（见§教材4-6例题1）

小结

（1）电感具有反映产生磁场，储存磁场能量的特征。

（2）电感线圈可以分为空心和铁芯电感线圈两大类。空心电感线圈为线性线圈，其Ψ-I关系呈一次线性关系，如图4-18所示；铁芯电感线圈为非线性线圈，其Ψ-I关系呈非线性曲线，如图4-20所示。

（3）电感线圈的两个最重要的参数是电感（自感系数）与额定电流。