电磁学基本知识
电磁学基础知识
铁磁性物质的磁导率µ是个变量，它随磁场的强弱而变化。 电磁学基础知识
7.1.3 磁场强度
磁场强度H ：介质中某点的磁感应强度 B 与介质
磁导率 之比。 H B
磁场强度H的单位 ：安培/米（A/m)
在1831年英国科学家法拉第发现：，变化的磁场能使闭合的回路产生感应 电动势和感应电流。感应电动势的大小正比于回路内磁通对电流的变化率。
楞次定律：
1833年，楞次对法拉第电磁感应定律进行补充：闭合回路中感应 电流的方向，总是使它所产生的磁场阻碍引起感应电流的原磁通的变 化。这就是楞次定律。 具体地说，如果回路由于磁通增加而引起的电磁感应，则感应电流的磁场与原 来的磁场反向；如果回路由于磁通减少引起电磁感应，则感应电流的磁场与原 来的磁场相同。简要地说，感应电流总是阻碍原磁通的变化。
非线
对于铁心线圈来说，电感L不为常数。
性电
感 若为线性电感元件
eLdd t d(dL ti)Ld dti （2）
注
式（1）与式（2）是电动势的两种表达式，
意
一般当电感L为常数时，多采用式（2）。 而分析非线性电感时，由于L可变，一般采用式（1）。
电磁学基础知识
3、电感元件上电压与电流的关系
习惯上选择电感元件上的电流、电压、自感 电动势三者参考方向一致，则
1. 概述 电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保
持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。 当电源断开时电磁铁的磁性消失，衔铁或其它零 件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其它机械装 置发生联动。
根据使用电源类型分为： 直流电磁铁：用直流电源励磁；
电磁学基础知识
电磁学基础知识电场一、场强E （矢量，与q 无关）1．定义：E ＝ 单位：N/C 或V/m方向：与＋q 所受电场力方向 电场线表示E 的大小和方向 2．点电荷电场：E ＝静电力恒量 k ＝ Nm 2/C 2匀强电场：E ＝ d 为两点在电场线方向上的距离 3．E 的叠加——平行四边形定则4．电场力（与q 有关） F ＝库仑定律：F ＝ （适用条件：真空、点电荷） 5．电荷守恒定律（注意：两个相同带电小球接触后，q 相等） 二、电势φ（标量，与q 无关）1．定义：φA ＝ ＝ ＝ 单位：V说明：φ＝单位正电荷由某点移到φ＝0处的W ⑴沿电场线，电势降低 ⑵等势面⊥电场线；等势面的疏密反映E 的强弱 2．电势叠加——代数和 3．电势差：U AB ＝ ＝ 4．电场力做功：W AB ＝ 与路径无关5．电势能的变化：Δε＝W 电场力做正功，电势能 ；电场力做负功，电势能需要解决的问题：①如何判电势的高低以及正负（由电场线判断） ②如何判电场力做功的正负（由F 、v 方向判）③如何判电势能的变化（由W 的正负判） 三、电场中的导体 1．静电平衡：远端同号，近端异号2．静电平衡特点 ⑴E 内＝0；⑵E 表面⊥表面；⑶等势体（内部及表面电势相等）；⑷净电荷分布在外表面 四、电容器1．定义：C ＝ （C 与Q 、U 无关） 单位：1 F ＝106 μF ＝1012 pF 2．平行板电容器： C ＝3．两类问题：①充电后与电源断开， 不变；②始终与电源相连， 不变 五、带电粒子在电场中的运动 1．加速：qU ＝2．偏转：v ⊥E 时，做类平抛运动位移：L ＝ ； y ＝ ＝ ＝速度：v y ＝ ＝ ； v ＝ ； tan θ＝ 六、实验：描绘等势线1．器材： 2．纸顺序：从上向下恒定电流一、概念及规律1．电流：⑴产生条件：①有自由电荷；②有电压⑵定义：I＝微观：I＝2．电阻定律：R＝说明：金属的电阻率随温度升高而半导体的电阻率随温度升高而3．欧姆定律⑴部分电路：I＝闭合电路：I＝（或：E＝＝＝＝⑵路端电压（电源输出电压、电源两极间电压、外电路总电压等）①U＝＝断路：I＝0，U＝E短路：EIr=短，U＝0内阻为零：r＝0，U＝E（恒压）②U随R增大而4．⑴电功：W＝电功率：P＝⑵电热：Q＝＝电热功率：P热＝＝⑶注意：①纯电阻电路中，W＝Q，即：IE＝②非纯电阻电路中，W＞Q，即：IE＝；而IU＝二、电路1．串联电路：I＝U＝R＝2．并联电路：I＝U＝1R＝（两电阻并联：R＝）3．电表改装：⑴电压表＝G 联电阻R＝⑵电流表＝G 联电阻4．电源的最大输出功率：当Rr时，P最大，P m＝三、本章实验1．伏安法测电阻：⑴测小电阻时，用电流表接，R测＝＝；R测R x⑵测大电阻时，用电流表接，R测＝＝；R测R x1 R =线性元件的伏安特性曲线电源的U－I图象电源输出功率与外电阻的关系x 电流表外接x 电流表内接2．描绘小灯泡的伏安特性曲线⑴在方框1内画出实验电路原理图⑵注意：应采用电流表 接法， 电路 ⑶小灯泡的伏安特性曲线是 线 3．测定金属的电阻率⑴用 测金属丝的直径d ；用 测金属丝的长度L ⑵在方框2内画出实验电路原理图注意：应采用电流表 接法，分压电路或限流电路均可 ⑶金属丝的电阻率ρ＝ 4．把电流表改装为电压表⑴在方框3内画出测电流表内阻的实验电路原理图 简要实验步骤：①闭合S 1，调 ，使电流表满偏 ②闭合S 2，调 ，使电流表半偏 ③当R 比R /大很多时，有R g R /⑵计算改装成量程为U 的电压表所需的电阻R ＝ ， 并从电阻箱上调出所需的电阻值，然后将电阻箱与电流表 G 联⑶在方框4内画出核对电压表的实验电路原理图 ①注意：应采用 电路②满刻度时的百分误差的计算式是；百分误差＝ 5．测定电源的电动势和内电阻⑴在方框5内画出实验电路原理图⑵改变R 的阻值，测出两组I 、U 数值，由闭合电路欧姆定律得： E ＝ ；E ＝ ；联立可求得E 、r⑶多测几组I 、U 数值，作U －I 图象由图象可得：直线与U 轴交点＝ ；r ＝ ＝ ＝ 6．练习使用示波器7．用多用电表探索黑箱内的电学元件（掌握多用电表的读数）磁场一、磁感应强度B ：单位：T1．方向：小磁针静止时 极的指向；小磁针 极的受力方向或磁感线上的 方向 2．磁感线表示磁感应强度的大小和方向，是 曲线 3．电流的磁场（ 定则判定）直线电流的磁场 环形电流的磁场 通电螺线管的磁场二、磁场力（ 定则判定）1．安培力（磁场对电流的作用力）⑴大小：I ⊥B 时，F ＝ I ∥B 时，F ＝ ⑵同向电流相互 ，反向电流相互× ×× × × × ···· · ·方框22．洛仑兹力（磁场对运动电荷的作用力）⑴大小：v⊥B时，F＝v∥B时，F＝⑵F洛不做功三、带电粒子在匀强磁场中运动1．仅受F洛，v⊥B时，作匀速圆周运动，有：①轨道半径：R＝②运动周期：T＝＝（T与v无关）③运动时间：t＝＝＝⑴如何找圆心？求半径R2．电场、磁场知识的综合应用⑴速度选择器（图1）原理：粒子作匀速直线运动时，有：⑵磁流体发电（电磁流量计、霍尔效应）图2等离子体通过时，＋q向上偏，－q向下偏，稳定时有：⑶质谱仪（图3）经加速电场：；经速度选择器：经偏转磁场：；解得：q/m＝⑷回旋加速器（图4）最大动能：E km＝＝交流电频率：f电＝f粒＝加速次数：n＝加速时间：t＝××××××××v＋q－q×××2图1 图2图3 图4电磁学基础知识 参考答案电场一、1．F E q =；相同 2．2Q E k r =；9×109；UE d = 4．F ＝qE ；122q q F k r= 二、1．AO AA AO W U qq εϕ=== 3．AB AB A B WU qϕϕ==- 4．W AB ＝qU AB 5．Δε＝W ；减小；增加四、1．Q C U =2．4πS C kd ε= 3．电荷量；电势差 五、1．212qU m =v2．0L t =v 222111222qE qU y at t t m md==⋅=⋅y at ==v=v 0tan y θ=v v六、1．木板、白纸、复写纸、导电纸、灵敏电流计、探针、尺子、圆柱形电极两个、直流电源（6 V ）、导线若干、图钉 2．导电纸、复写纸、白纸恒定电流一、1．⑵q I t =；I ＝nqS v 2．LR S ρ=；升高；降低 3．⑴U I R =；E I R r =+；或：()r UE U U U Ir I R r U r R=+=+=+=+⑵①U ＝E －Ir ＝IR ②增大4．⑴W ＝IUt ；P ＝IU ； ⑵22U Q I Rt t R ==；22U P I R R==热 ⑶①2()IE I R r =+；②2IE IU I r =+；2IU P I R =+机机 二、1．I ＝I 1＝I 2＝I 3；U ＝U 1＋U 2＋U 3；R ＝R 1＋R 2＋R 32．I ＝I 1＋I 2＋I 3；U ＝U 1＝U 2＝U 3；1231111R R R R =++ （1212R R R R R =+） 3．⑴串；大；g g UR R I =- ⑵并；小；g g gI R R I I =- 4．＝；24m E P r=三、1．⑴外；V V R R U R I R R ⋅==+测；＜ ⑵内；A U R R R I==+测；＞ 2．⑴如图1 ⑵外；分压 ⑶曲3．⑴螺旋测微器；刻度尺 ⑵如图2；外 ⑶2π4Ud ILρ=4．⑴如图3；①R ；②R /；③＝ ⑵g gUR R I =-；串 ⑶如图4；①分压；②改装表示数－标准表示数百分误差＝％改装表示数5．⑴如图5；⑵E ＝U 1＋I 1r ；E ＝U 2＋I 2r ； ⑶电动势；tan E U r I Iθ∆===∆短 磁场一、1．北（或N ）；北；切线 2．闭合 3．安培二、左手 1．⑴F ＝BIL ；0 ⑵吸引；排斥 2．⑴F ＝qB v ；0三、1．2qB m R=v v ；①m R qB =v ；②2π2πR m T qB ==v ；③2πR mt T qB θθθ===v2．⑴qB v ＝qE ⑵UqqB d=v ⑶2112qU m =v ；21U q qB d=v ；22qB m R =v v ；212U q m B B Rd =⑷2222122kmm q B R E m m ==v ；2πqB f f m ==电粒；km E n qU =；2T t n =图1图2图3图4图5。
电磁学知识点
电磁学知识点引言：电磁学是物理学领域中的一个重要分支，研究电荷和电流所产生的电场与磁场及它们之间的相互作用。
本文将重点介绍电磁学的基础知识点，包括库仑定律、安培定律、麦克斯韦方程组以及电磁波等内容，以帮助读者更好地理解电磁学的基本原理和应用。
一、库仑定律库仑定律是电磁学的基础之一，描述了两个电荷之间的相互作用力。
根据库仑定律，两个电荷之间的力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
这一定律可以用以下公式表示：F = k * |q1 * q2| / r^2其中F是两个电荷之间的作用力，q1和q2分别是这两个电荷的电荷量，r是它们之间的距离，k是一个常数，被称为库仑常数。
二、安培定律安培定律是描述电流所产生的磁场的原理。
根据安培定律，通过一段导线的电流所产生的磁场的大小与电流的大小成正比，与导线到磁场点的距离成反比，磁场的方向则由右手螺旋定则确定。
安培定律可以用以下公式表示：B = (μ0 / 4π) * (I / r)其中B是磁场的大小，μ0是真空中的磁导率，约等于4π x 10^-7 T·m/A，I是电流的大小，r是观察点到电流所在导线的距离。
三、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是电磁学的基本方程组，总结了电磁学的基本定律和规律。
麦克斯韦方程组包括四个方程，分别描述了电荷和电流的电场和磁场之间的关系，以及它们的传播规律。
这些方程是：1. 麦克斯韦第一方程（电场高斯定律）：∇·E = ρ / ε02. 麦克斯韦第二方程（磁场高斯定律）：∇·B = 03. 麦克斯韦第三方程（法拉第电磁感应定律）：∇×E = -∂B/∂t4. 麦克斯韦第四方程（安培环路定律）：∇×B = μ0 * J + μ0ε0 *∂E/∂t其中E是电场，B是磁场，ρ是电荷密度，ε0是真空中的介电常数，J是电流密度。
四、电磁波电磁波是由电场和磁场相互作用而形成的一种传播现象。
电磁学总结
电磁学总结电磁学是物理学的一个重要分支，研究电荷的运动以及电荷与磁场之间的相互作用。
在这篇文章中，我将对电磁学的基本概念、重要定律以及应用进行总结和回顾。
一、电磁学基础知识电磁学的基础知识包括电场、磁场和电磁场三个概念。
电场是由电荷产生的力场，描述了电荷之间的相互作用。
磁场是由磁体产生的力场，描述了磁铁与带电体之间的相互作用。
电磁场是电场和磁场的综合体现，描述了电荷和磁铁之间的相互作用。
二、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本定律，包括四个方程：高斯定律、安培定律、法拉第电磁感应定律和法拉第电磁感应定律的积分形式。
这些方程统一了电磁学的基本原理，揭示了电磁场的本质和规律。
三、电磁波电磁波是电磁场的一种传播形式，由电场和磁场相互耦合而成。
电磁波具有电磁场的振荡和传播性质，分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同频率的波长。
四、电磁辐射和天线电磁辐射是电荷加速运动时产生的电磁波在空间中的传播。
常见的电磁辐射包括天线发射的无线电波、太阳的电磁辐射以及人造卫星的电磁辐射等。
天线是用于接收和发射电磁波的装置，常见的天线有平面天线、偶极子天线和波导天线等。
五、电磁感应和电磁力学电磁感应是指通过磁场的变化产生电流的现象。
根据法拉第电磁感应定律，当磁场通过闭合线圈时，就会在线圈中产生感应电流。
电磁力学是研究电流和磁场之间相互作用的学科，重要的内容包括洛伦兹力和电磁场的能量、动量守恒定律等。
六、电磁光学和电磁场计算电磁光学是研究光与电磁场相互作用的学科。
常见的现象有折射、反射、干涉和衍射等。
电磁场计算是通过数学方法求解电荷和电流产生的复杂电场和磁场分布，在电磁场计算中，常用的方法有静电场计算方法、静磁场计算方法和时变场计算方法。
七、电磁学的应用电磁学广泛应用于现代科学技术中。
无线电通信是通过电磁波在空间中传播来实现的，包括手机通信、无线电广播和卫星通信等。
电磁波在医学中也有重要应用，如核磁共振成像（MRI）和电磁波治疗等。
电磁学知识点归纳
电磁学知识点归纳一、电场1、电荷与库仑定律电荷是物质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷。
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
库仑定律描述了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，其大小与两个电荷的电荷量成正比，与它们之间距离的平方成反比，方向沿着它们的连线。
表达式为：＄F ＝k\frac{q_1q_2}｛r^2}＄，其中$k$为库仑常量。
2、电场强度电场强度是描述电场强弱和方向的物理量。
放入电场中某点的电荷所受的电场力$F$与它的电荷量$q$的比值，叫做该点的电场强度，简称场强，用$E$表示。
其定义式为$E ＝＼frac{F}｛q}＄。
电场强度是矢量，其方向与正电荷在该点所受电场力的方向相同。
3、电场线电场线是为了形象地描述电场而引入的假想曲线。
电场线上每一点的切线方向表示该点的电场强度方向，电场线的疏密程度表示电场强度的大小。
常见的电场线分布，如正点电荷的电场线呈发散状，负点电荷的电场线呈汇聚状，匀强电场的电场线是平行且等间距的直线。
4、电势能与电势电荷在电场中具有势能，称为电势能。
电场中某点的电荷的电势能跟它的电荷量的比值，叫做该点的电势。
电势是标量，只有大小，没有方向。
沿着电场线的方向，电势逐渐降低。
5、电势差电场中两点间电势的差值叫做电势差，也叫电压。
其定义式为$U_{AB} ＝＼varphi_A ＼varphi_B$。
电势差与电场力做功的关系为$W_{AB} ＝ qU_{AB}＄。
二、电容1、电容器电容器是储存电荷的装置。
两个彼此绝缘又相互靠近的导体就组成了一个电容器。
电容器的电容定义为电容器所带电荷量$Q$与电容器两极板间的电势差$U$的比值，即$C ＝＼frac{Q}｛U}＄。
电容的单位是法拉（F）。
2、平行板电容器平行板电容器的电容与两极板的正对面积$S$成正比，与两极板间的距离$d$成反比，与介质的介电常数$＼epsilon$成正比，其表达式为$C ＝＼frac{＼epsilon S}｛4\pi kd}＄。
高中物理复习电磁学部分
高中物理复习电磁学部分电磁学是高中物理中的重要内容之一，也是学生们较为困惑的部分之一。
本文将对电磁学的相关知识进行复习和总结，帮助学生们更好地理解和掌握这一内容。
一、电磁学基础知识1. 电荷和电场在电磁学中，电荷是基本粒子，可以带正电荷或负电荷。
同性电荷相斥，异性电荷相吸。
电场是电荷周围产生的一个物理场，描述了电荷之间相互作用的规律。
2. 静电场和静电力静电场是指电荷静止时产生的电场。
静电力是指电荷之间由于电场作用而产生的力。
根据库仑定律，两个电荷之间的电力与电荷的大小和距离的平方成正比。
3. 电场线电场线是描述电场分布形态的一种图示方法。
电场线的特点是从正电荷出发，指向负电荷，密集区域代表电场强，稀疏区域代表电场弱。
电场线不会相交，且垂直于导体表面。
二、电磁感应和法拉第电磁感应定律1. 磁感线和磁感应强度磁感线是描述磁场分布形态的一种图示方法。
磁感应强度是磁场对单位面积垂直于磁力线方向的力的大小。
2. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是指导体中的磁感应强度变化会诱导出感应电动势的规律。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁感应强度变化速率成正比。
3. 感应电流和楞次定律根据楞次定律，感应电流的方向总是阻碍引起它产生的因素，如磁感应强度的变化。
感应电流具有闭合电路的特点。
三、电磁波和麦克斯韦方程组1. 电磁波的特点电磁波是由电场和磁场交替变化产生的一种波动现象。
电磁波可以传播在真空中和介质中，具有波长、频率和速度等特性。
2. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电场和磁场相互作用的基本定律。
包括麦克斯韦第一和第二个定律、高斯定律和法拉第定律。
3. 电磁波的分类根据频率的不同，电磁波可以分为射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
四、电磁学的应用1. 电磁感应的应用电磁感应在发电机、变压器等电器设备中有广泛应用。
电磁感应还可以用于磁悬浮列车、无线充电等领域。
2. 电磁波的应用电磁波在通信、雷达、医学影像等方面有重要应用。
第一章磁学基础知识
向量微分算子，Nabla算子
f ( pM )B
=[（PMxi
PMy
j
PMz
k）(
x
i
y
j
z
k )](Bxi
By
j
Bzk )
=(PMx =(PMx
x
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y
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z
)(Bxi
By
j
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Bx x
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Bx y
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Bx z
)i
H
j
D , t
(PMx
By x
PMy
By y
PMz
PJ 和 PM JM
分别描写同一个物理量，单位不同。引进 两种单位的量是因为在不同场合选用其中 一种单位的量更方便。
磁单极子学说由诺贝尔物理学奖获得者英国物理学家狄拉克于1931年提出以 来，到现在一直受到实验观测和理论研究的重视。这是因为磁单极子问题不 仅涉及物质磁性的一种来源，电磁现象的对称性，而且还同宇宙早期演化理 论及微观粒子结构理论等有关，故成为科学界关注的一个重要问题。但目前
nm
n
n 为每mol 物质的量
在文献中还常使用比磁化强度σ的概念：[A﹒m2﹒kg-1]
M
绝对磁导率 相对磁导率
B [H m] H
r
B 0 H
r
0
r
B
0 H
0 (M H ) 0 H
M H
1
1
表征材料对 磁场的响应
磁化率和磁导率 以不同方式表述了材料对外磁场的响应，反映了
材料最重要的性质。因为是两个矢量之间的关系，所以一般情况下它们都 是张量。
By z
)j
(PMx
电磁学知识点总结.
磁现象知识点1 简单的磁现象1．磁体任何磁体都具有两个磁极（N、S极）．磁极间的相互作用规律是：同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引．（1）磁体具有吸铁性（能吸引铁、钴、镍等物质）和指向性（受地磁的影响）．（2）磁体上磁极的磁性最强．2．磁场磁体周围空间存在着磁场，磁场具有方向性．磁场基本性质：对放入其中的磁体具有磁力的作用．（1）磁场看不见，摸不着，但它是客观存在的，可以通过一些现象来认识．例如：将一磁铁靠近一静止的小磁针，小磁针就会发生偏转，拿开磁铁，小磁针静止后又恢复原来的指向．（2）磁场的方向可由小磁针静止时的指向来表现：在磁场中的某一点，小磁针静止时N极的指向就是该点的磁场方向．3．磁感线是为形象描述磁场而画出的一些有方向的假想的曲线，磁感线上的任何一点的曲线方向都跟放在该点的小磁针N极所指的方向一致．磁体周围的磁感线都是从磁体的N极出来，回到S极；磁体内部的磁感线由磁体S极指向N极；磁感线是一些闭合的曲线，任何两条磁感线不能相交；磁感线在磁体周围空间是立体分布的，越密集的地方表示磁性越强．4．地磁场地球本身是一个巨大的磁体．在地球周围的空间里存在着磁场，这个磁场叫做地磁场．地球两极跟地磁两极并不重合．地磁的北极在地球南极附近，地磁的南极在地球的北极附近．水平放置的磁针的指向跟地球子午线间的交角叫做磁偏角．世界上第一个清楚而又准确地论述磁偏角的是我国宋代的科学家沈括．【例1】将挂着铁球的弹簧测力计在水平放置的条形磁铁上自左向右逐渐移动时，弹簧测力计的示数将．【例2】弹簧秤下悬挂一条形磁铁．使弹簧沿着水平放置的大条形磁铁从左端极开始，向右端极处逐渐移动时，弹簧秤示数将（）A．逐渐增大 B．逐渐减小C．先减小后增大 D．先增大后减小【例1】如图所示，小磁针处于静止状态，请在图中甲、乙处标出磁极极性（用"或S表示）并画出磁感线（每个磁极画两条）【例1】重为10N，边长为5cm的正方形磁铁吸附在铁板上，磁铁与铁板间的吸引力为15N，把它按图a放置，磁铁对铁板的压强是 Pa；按照图b那样放置，磁铁（在上）对铁板的压强是 Pa；按图c那样放置，磁铁（在下）对铁板的压强是 Pa．。
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第一章 电机中的电磁学基本知识1.1 磁路的基本知识1.1.1 电路与磁路对于电路系统来说，在电动势E 的作用下电流I 从E 的正极通过导体流向负极。
构成一个完整的电路系统需要电动势、电导体，并可以形成电流。
在磁路系统中，也有一个磁动势F （类似于电路中的电势），在F 的作用下产生一个Φ（类似于电路中的电流），磁通Φ从磁动势的N 极通过一个通路（类似于电路中的导体）到S 极，这个通路就是磁路。
由于铁磁材料磁导率比空气大几千倍，即空气磁阻比铁磁材料大几千倍，所以构成磁路的材料均使用导磁率高的铁磁材料。
然而非铁磁物质，如空气也能通过磁通，这就造成铁磁材料构成磁路的周围空气中也必然会有磁通σΦ（，由于空气磁阻比铁磁材料大几千倍，因而σΦ比Φ小的多，σΦ常常被称为漏磁通，Φ称为主磁通。
因此磁路问题比电路问题要复杂的多。
1.1.2 电机电器中的磁路磁路系统广泛应用在电器设备之中，如变压器、电机、继电器等。
并且在电机和某些电器的磁路中，一般还需要一段空气隙，或者说空气隙也是磁路的组成部分。
图1—1是电机电器的几种常用磁路结构。
图(a)是普通变压器的磁路，它全部由铁磁材料组成；图(b)是电磁继电器磁路，它除了铁磁材料外，还有一段空气隙。
图(c)表示电机的磁路，也是由铁磁材料和空气隙组成；图(b)是无分支的串联磁路，空气隙段和铁磁材料串联组成；图(a)是有分支的并联磁路。
图中实（或虚）线表示磁通的路径。
(a) (b) (c)图1—1 几种常用电器的典型磁路(a) 普通变压器铁芯； (b) 电磁继电器常用铁芯； (c) 电机磁路1.1.3 电气设备中磁动势的产生为了产生较强的磁场，在一般电气设备中都使用电流产生磁场。
电流产生磁场的方法是：把绕制好的N 匝线圈套装在铁心上，并在线圈内通入电流i ，这样在铁心和线圈周围的空间中就会形成磁场，其中大多数磁通通过铁心，称为主磁通Φ；小部分围绕线圈，称为漏磁通σΦ，如图1—2所示。
套装在铁心上用于产生磁通的N 匝线圈称为励磁线圈，励磁线圈中的电流i 称为励磁电流。
若励磁电流为直流，磁路中的磁通是恒定的，不随时间变化，这种磁路称为直流磁路，直流电机的磁路属于这一类；若励磁电流为交流，磁路中的磁通是交变的，随时间变化，这种磁路称为交流磁路，交流电机、变压器的磁路属于这一类。
图 1—2 磁动势的产生和磁路欧姆定律值得注意的是，除了电流产生磁场外，电机电器中还使用了大量的永久磁铁。
而且随着科学技术的发展，永久磁铁的磁性将越来越强。
可以预见永久磁铁将在电机电器中得到广泛的应用1.2 磁场的基本知识为了准确描述磁场的大小、方向及其性质，便于分析、计算和设计磁路，常用如下物理量描述磁场。
1.2.1 磁感应强度（磁通密度）B描述磁场强弱及方向的物理量称为磁感应强度B 。
为了形象地描绘磁场，往往采用磁感应线，常称为磁力线，磁力线是无头无尾的闭合曲线。
图1—3中画出了直线电流及螺线管电流产生的磁力线。
(a) (b)图1—3 电流磁场中的磁力线(a) 直线电流； (b) 螺线管电流磁力线的方向与产生它的电流方向满足右手螺旋关系，如图1—3(a)所示。
在国际单位制中，磁感应强度B 的单位为特（特斯拉），单位符号为T ，即211/T Wb m （韦伯/米2）。
1.2.2 磁通Φ穿过某一截面S 的磁感应强度B 的通量，即穿过截面S 的磁力线根数称为磁感应通量，简称磁通。
用Φ表示。
即⎰⋅=ΦsdS B （1—1）图1—4 均匀磁场中的磁通在均匀磁场中，如果截面S 与B 垂直，如图1—4所示，则上式变为BS Φ= 或 B SΦ= （1—2） 式中，B 为磁通密度，简称磁密，S 为面积。
在国际单位制中，Φ的单位名称为韦（韦伯），单位符号Wb 。
1.2.3 磁场强度H计算导磁物质中的磁场时，引入辅助物理量磁场强度H ，它与磁密B 的关系为H B μ= （1—3）式中，μ为导磁物质的磁导率。
真空的磁导率为70410/H m μπ-=⨯。
铁磁材料的0μμ>>，例如铸钢的μ约为0μ的1000倍，各种硅钢片的μ约为0μ的6000～7000倍。
国际单位制中，磁场强度H 的单位名称为安（安培）/米，单位符号/A m 。
1.3 电磁学的基本定律1.3.1 安培环路定律——描述电流产生磁场的规律凡导体中有电流流过时，就会产生与该载流导体相交链的磁通。
在磁场中，沿任意一个闭合磁回路的磁场强度线积分等于该回路所交链的所有电流的代数和，即lHdl i =∑⎰Ñ （1—4） 式中，i ∑就是该磁路所包围的全电流。
因此，式（1—4）也称全电流定律。
如图1—5所示，电流1i 、2i 、3i 产生的磁场，沿封闭曲线磁场强度满足S B123l Hdl i i i =+-⎰Ñ。
图1—5中，与磁力线（闭合回线）符合右手螺旋关系的取正号，反之取负号。
图1—5 安培环路定律1.3.2 电磁感应定律——描述磁场产生电势的规律当导体处于变化的磁场（磁通）中时，导体中会产生感应电势，这就是电磁感应现象。
这个感应电势的大小和磁通随时间的变化率的负值成正比，这就是电磁感应定律。
例如匝数为N 的线圈所交链的磁通为Φ，当该磁通随时间发生变化时，线圈产生的感应电动势为 d e N dtΦ=- （1—5） 式（1—5）为电磁感应定律的数学描述。
在电机学中，电磁感应现象有两个方面：一、变压器电动势图1—6为变压器电动势产生原理图。
线圈1N 通入随时间而变的电流1i ，这时由1i 所产生的磁通Φ也随时间而变，磁通Φ沿导磁材料闭合。
这时线圈1N 和2N 同时交链磁通Φ，从而在线圈1N 和2N 中都会感应电动势1e 和2e ，感应电动势的正方向如图1—6所示，其表达式如下11d e N dtΦ=- （1—6） 22d e N dt Φ=- （1—7）图1—6 变压器电动势在此例中，由线圈1N 中电流1i 的变化而在自身线圈1N 感应的电动势1e 称为自感电动势，而由线圈1N 中电流1i 的变化在另一线圈2N 内感应的电动势2e 称为互感电动势。
感应电势还可以表示为磁链的方式，如式（1—6）和（1—7）可表示为11/e d dtψ=-和22/e d dt ψ=-，其中1ψ和2ψ为磁链，分别为Φ⨯=11N ψ、Φ⨯=22N ψ。
通常把单位电流产生的磁链定义为线圈的电感，用符号L 表示，单位为H ，亨（亨利）。
于是有/L i ψ=。
二、旋转电动势旋转电动势是由于线圈（或导体）和磁场之间存在的运动，使得线圈中的磁通发生变化，而产生电动势，所以称之为旋转电动势。
如果线圈（或导体）所处的磁通密度B 为均匀磁密时，旋转电动势值的计算公式为：e B v l =⨯⨯ （1—8）式中，v 为导体运动的线速度，单位为/m s ；B 为导体所处的磁通密度，单位为T ；l 为导体的有效长度，单位为m ；e 为导体中感应电动势，单位为V 。
旋转电动势方向由右手定则决定，即：伸开右手，使大拇指与其余四指互相垂直并在一个平面内，让磁力线穿过手心，大拇指指向导体相对于磁场的运动方向，则四指所指的方向为旋转电动势的方向。
右手定则法如图1—7所示。
图1—7 确定旋转电动势方向的右手定则1.3.3 毕—萨电磁力定律——描述电磁作用产生力的规律载流导体在磁场中会受到力的作用，这种力是磁场与电流相互作用所产生的，故称为电磁力。
若磁场与导体相互垂直，则作用在导体上的电磁力值为：l i B f ⨯⨯= （1—9）式中，B 为导体所处的磁通密度，单位为T ；i 为导体中的电流，单位为A ；l 为导体在磁场中的有效长度，单位为m ；f 为作用在导体上的电磁力，单位为N m ⋅。
电磁力的方向可用图1—8所示的左手定则确定，即：伸开左手，大拇指与其余四指互相垂直，并保持在一个平面，让磁力线穿过手心，四指指向电流的方向，则大拇指所指的方向即为电磁力的方向。
图1—8 确定载流导体受力方向的左手定则1.3.4 磁路欧姆定律图1—2是一个单框铁心磁路的示意图。
铁心上绕有N 匝线圈，通以电流i 产生的沿铁心闭合的主磁通Φ，沿空气闭合的漏磁通σΦ。
设铁心截面积为S ，平均磁路长度为l ，铁磁材料的磁导率为μ(μ不是常数，随磁感应强度B 变化)。
假设漏磁通可以不考虑(即令0σΦ=，假设磁通全部通过铁心)，并且认为磁路l 上 的磁场强度H 处处相等，于是，根据全电流定律有lHdl Hl Ni ==⎰Ñ （1—10） 因μ/B H =，S B /Φ=，可得/()m m F Ni F R l S μΦ===Λ 或m m Bl l F Ni Hl R S μμΦ====Φ=Φ=Λ （1—11）式中，Ni F =为磁动势，S l R m μ=为磁阻，lS R m m μ==Λ1为磁导。
式（1—11）即所谓磁路欧姆定律，与电路欧姆定律相似。
它表明，当磁阻m R 一定（即确定磁路情况下）磁动势F 越大，所激发的磁通量Φ也越大；当而磁动势F 一定时，磁阻m R 越大，则产生的磁通量Φ越小。
在磁路中，磁阻m R 与磁导率μ成反比，空气的磁导率0μ远小于铁心的磁导率Fe μ，这表明漏磁路（空气隙）的R σ远大于铁心的m R ，故分析中可忽略漏磁通σΦ。
根据式（1—11）和/L i ψ=，有2/m L N i N =Φ=Λ。
1.3.5 磁路基尔霍夫第一定律如果铁心不是一个简单的回路。
而是带有并联分支的磁路，从而形成磁路的节点，则当忽略漏磁通时，在磁路任何一个节点处，磁通的代数和恒等于零，即0∑Φ= （1—12）式（1—12）与电路第一定律0i ∑=形式上相似，因此称为磁路的基尔霍夫第一定律，就是磁通连续性定律。
若令流入节点的磁通定为(＋)。
则流出该节点的磁通定为(－)。
如图1—9封闭面处有：0321=Φ-Φ+Φ磁路基尔霍夫第一定律表明，进人或穿出任一封闭面的总磁通量的代数和等于零，或穿入任一封闭面的磁通量恒等于穿出该封闭面的磁通量。
图1—9 磁路欧姆定律1.3.6 磁路基尔霍夫第二定律工程应用中的磁路，其几何形状往往是比较复杂的，直接利用安培环路定律的积分形式进行计算有一定的困难。
为此，在计算磁路时，要进行简化。
简化的办法是把磁路分段，几何形状相同的分为一段，找出它的平均磁场强度，再乘上这段磁路的平均长度，求得该段的磁位降(也可理解为一段磁路所消耗的磁动势)。
然后把各段磁路的磁位降相加，结果就是总磁动势，即沿任何闭合磁路的总磁动势恒等于各段磁位降的总和。
称为磁路基尔霍夫第二定律：iN i l Hn k k ==∑∑1 （1—13）式中，k H 为磁路里第k 段磁路的磁场强度(A ／m)；k l ─—第k 段磁路的平均长度(m )；iN 为作用在整个磁路上的磁动势，即全电流数(安匝)；N 为励磁线圈的匝数。