1、第一节 磁、磁场的基本知识磁性：能吸引铁、镍、钴等金属或它们的合金的性质叫 磁性。磁体：具有磁性的物体叫磁体。磁体分天然磁体（如吸 铁石）和人造磁体两大类。常见的人造磁体有条 形、蹄型和针形等几种，如图2-1所示。磁极：磁体上磁性最强的部位叫磁极。任何磁体都有两 个磁极，而且无论怎样把磁体分割，磁体总保持 两个磁极。图2-1 人造磁体磁力：磁极间的相互作用力叫磁力，磁极间相互作用的规律是：同性相斥，异性相吸，如图2-2所示。磁化：原来没有磁性的铁磁物质，放在磁铁旁边会获得磁性，叫磁化。剩磁：被磁化的铁磁物质远离磁铁后仍保留一定的磁性，叫剩磁。磁场：磁体周围存在一种特殊物质，它具有力和能的特性。
2、当另一磁体或通 电导体置入该空间时，就要受到磁力的作用，人们通常把这个磁力空 间叫磁场。磁感应线：是为形象描述磁场的强弱和方向而引入的互不交叉的闭合假想曲 线。图2-2 磁极作用示意图图2-3 磁感应线第二节 电流的磁场一、通电直导体的磁场图2-4 通电直导体的磁场 通电直导体周围各点磁场的强弱与导体中的电流大小成正比，与该点距导体的垂直距离成反比。通电导体磁场的方向与导线中电流的流动方向有密切的关系，并且有一定的规律，这个规律称为右手定则，又称右手螺旋定则，即用右手握住导体，用大拇指指向电流方向，则四指弯曲的方向就是磁场方向。二、通电线圈的磁场图2-5 通电线圈的磁场图2-6 录音磁头录音示
3、意图 通电线圈磁场的强弱，不仅与线圈的电流大小有关，而且还与线圈的匝数有关，即与线圈的电流和匝数的乘积成正比。通电线圈磁场的方向可用右手螺旋定则确定：右手握住线圈，用弯曲的四指表示电流方向，则拇指所指的方向就是磁场方向，第三节 磁场的基本物理量一、磁感应强度 磁感应强度是定量描述磁场中各点的强弱和方向的物理量，用符号B表示，单位为“特斯拉”（T）。如果仅描述磁场中某点磁场的强弱，磁感应强度 B 的定义式为 B=F/IL F通电导体受到的作用力，单位为牛顿，简称为牛（N）I导体中的电流（A）；L导体在磁场中的有效长度（m）B磁感应强度，单位是特斯拉（T）或韦伯/米2（Wb/m2）。磁感应强度的方
4、向就是该点的磁场方向，即该点磁感应线的切线方向。在均匀磁场中，磁感应强度的大小和方向都是相同的，所画的磁感应线是一组分布均匀的平行直线。二、磁通量磁通：磁感应强度B和与它垂直方向的某一截面积S的乘积。用符号表示。在均匀磁场中，B是常数，则磁通量的计算式为 =BSB磁感应强度（T）；S面积（m2）；磁通的单位就是韦伯（Wb），简称韦。由上式可得 B=/S 磁感应强度的大小就是垂直穿过单位面积上的磁通量（或说磁感应线数），所以磁感应强度又叫磁通密度，简称磁密。磁通是标量，只有大小没有方向。如果在均匀磁场中，磁感应强度B不与面积S垂直，而是有一个倾斜角度，如图2-8所示，把与面积S垂直的磁感应强度B
5、的分量（Bm=Bsin）代人式=BS，可得到磁通量的一般公式为 =BSsin三、磁导率 磁导率是表征媒介质磁化性质的物理量，又称磁导系数，用符号表示，单位是亨/米（H/m)。不同的媒介质，磁导率是不同的。磁导率大的媒介质导磁能力强；磁导率小的媒介质导磁能力差。但在实际应用中，人们并没有直接给出各种媒介质的磁导率，而是给出其与真空磁导率的比值，称相对磁导率，常用符号r表示,即 r=/o式中 磁介质的绝对磁导率 o真空中的绝对磁导率。实验测得：o=410-7H/m。从上式可以看出，相对磁导率是一个没有单位的数，其物理意义是：在其他条件相同的情况下，媒介质中的磁感应强度与真空中磁感应强度的倍数关系。
6、自然界中绝大多数物质对磁感应强度的影响甚微。依据各种物质磁导率的大小，可将物质分为三类：第一类反磁物质，这类物质的相对磁导率稍小于1（0.999995-0.999997），如铜、银、石墨等。第二类顺磁物质，这类物质的相对磁导率稍大于1（1.000003-1.000004），如空气、氧、铅、铝等。第三类称为铁磁物质，这类物质的相对磁导率远远大于 1，如铸铁、铸钢、硅钢片、坡莫合金、钴、锰锌铁氧体等。四、磁场强度 磁场强度用符号H表示，磁场强度的大小等于磁场中某点的磁感应强度B与媒介质的磁导率的比值，即H=B/=B/r0 B磁感应强度（T）媒介质的绝对磁导率（H/m）；H磁场强度，单位是安/米（A
7、/m）。磁场强度H是一个矢量，它在磁场中某点的方向与磁感应强度在这一点的方向一致。五、铁磁材料简介1、铁磁材料的磁性能 铁磁材料具有高导磁性、磁饱和性和磁滞性。2、铁磁材料的分类 根据不同铁磁材料的特点，可把铁磁材料分为三大类。（1）软磁材料 软磁材料的特点是磁导率很大，容易磁化，也容易去磁。（2）硬磁材料 硬磁材料的特点是不易磁化，也不易去磁。（3）矩磁材料 矩磁材料的特点是在很小的外磁场作用下，就能磁化并达到饱和；外磁场去掉后，磁性不变。第四节 电磁力 电磁力大小与导体有效长度 L、磁场磁感应强度B及通过导体的电流强度I成正比,即F=BIL。通电直导体在磁场中所受作用力的方向，可用左手定则
8、判定。判定时，将左手伸开，使拇指与四指垂直，让磁感应线穿过掌心，四指朝向导体电流的方向，大拇指所指的方向就是导体受力（安培力）方向。图2-10 左手定则一、磁场对通电导体的作用1、磁场对通电直导体的作用 在均匀磁场中，通电导体所受到的安培力 F 的大小与磁感应强度B、导体中的电流I、磁场中导体的有效长度L以及导体与磁感应线之间的夹角的正弦成正比，即 F=BILsin B磁感应强度（T）；I通过导体的电流（A）；L导体在磁场中的有效长度（m）；导体与磁场方向间的夹角（rad）；F通电导体所受到的安培力（N）。当导体与磁感应线方向垂直时，即=90，sin=l，导体受力BIL为最大；当导体与磁感应线
9、方向平行时，=0，sin=0，导体不受力作用，F=0。2、磁场对通电线圈的作用图2-12 磁场对通电线圈的作用示意图 由于ab和cd与磁感应线在同一平面，所受到的安培力为零；而ad和bc与磁感应线垂直，所受到的安培力最大。两条边受到安培力的大小和方向如下：ad边导体：F1=BIL1方向垂直ad向上；bc边导体：F2=BIL2方向垂直bc向下。F1和F2大小相等、方向相反，且不在一条直线上，因而形成一对力偶。对OO轴而言，这对力偶产生了力偶矩，使线圈绕OO 轴作顺时针方向旋转，转矩大小为 M=F1ab/2+F2ab/2=F1ad=BIL1L2=BIS 当线圈平面 S 转过一个角度后（如图2-12
10、b所示），线圈受到的转矩为 M=BIScos式中 B磁感应强度（T）；I通过导体的电流（A）；S线圈的平面面积（m2）；M线圈受到的电磁转矩，单位是牛米（Nm）。当线圈平面与磁感应线平行=0时，cos=1，线圈受到的转矩最大，即M=BIS；当线圈平面与磁感应线垂直=90时。cos=0，线圈受到的转矩为零，即M=0。可见，通电线圈在磁场中，磁场总要使线圈平面转到与磁感应线相垂直的位置上。如果线圈的匝数为N，则线圈受到的电磁转矩为 M=NBIScos二、电磁力在汽车上的应用如图2-13所示为汽车上装用的动磁式电流表的结构原理图，黄铜导电板固定在绝缘底板上，两端与接线柱相连，中间夹有磁轭，与导电板固
11、装在一起的转轴上装有指针和永久磁铁转子组件。图2-13 动磁式电流表的结构原理图三、霍尔效应 如图2-14所示，把一块厚为d的半导体薄片放在磁场中。如果在薄片的纵向上通入一定的控制电流I，那么在薄片的横向两端就会出现一定的电势差UH。这一现象就叫做霍尔效应。这个电势差叫做霍尔电压。图2-14 霍尔效应示意图图2-17 霍尔半导体的固定图2-18 霍尔电压产生的原理 霍尔半导体固定在陶瓷支座上，它有4个电接头，电源由A，B端输入，霍尔电压由C，D端输出。该片的对面装有一个永久磁体，它和霍尔半导体之间留有一定的空气间隙（气隙）。传感器转子由分电器轴驱动，转子上有和气缸数目相同的叶片。当叶片转入磁极
12、和霍尔基层之间的气隙时，磁场通过霍尔基层，其C，D端产生霍尔电压。如图2-18所示。当叶片转入磁极和霍尔基层之间的气隙时，磁感应线被隔断，不能通过霍尔基层，使霍尔电压下降为0。在分电器转动一圈的过程中，传感器输出和气缸数目相同个数的矩形电压脉冲信号。通常将脉冲信号的下降沿作为活塞到达上止点的基准信号（Ne 信号）。第五节 电磁感应一、直导体中的感应电动势1、感应电动势的方向 作切割磁感应线运动的导体，其产生感应电动势的方向可由右手定则来确定：平伸右手，拇指与四指垂直，让磁感应线垂直穿过掌心，拇指指向导体运动方向，四指所指方向就是感应电动势的方向（或感应电流的方向），如图2-20所示。图2-20
13、 右手定则2、感应电动势的大小 感应电动势e的大小与磁感应强度B，导体的有效长度L，导体的运动速度以及导体运动方向与磁感应线之间夹角的正弦值成正比,即 e=BLsin式中 B磁感应强度（T）；L导体有效长度（m）；导体运动的速度（m/s）；e感应电动势（V）。由上式可知当导体的运动方向与磁感应线垂直=90时。sin=1，e=BL为最大。当导体的运动方向与磁感应线平行=0时。sin=0，e=0为最小。二、线圈中的感应电动势1、感应电动势的方向 当线圈中的磁通发生变化时，线圈中的感应电流产生的新磁场总是阻碍原来的磁场变化，这个规律就称为楞次定律。根据楞次定律,判定感应电动势或感应电流的方向：（1）
14、首先判定原磁通的方向和变化趋势（增大或减小）。（2）根据楞次定律确定感应电流产生新磁场的方向。（3）根据感应电流产生的磁通方向，用右手螺旋定则确定感应电流的方向，感应电动势的方向与感应电流的方向一致。在图2-22a中，条形磁铁自上而下插入线圈时，线圈中的磁量要增加。根据楞次定律，感应电流产生的磁通方向与磁铁的磁通方向相反，因此感应电流产生的磁通自下而上，由右手螺旋定则可确定感应电流的方向为自左向右流过检测计。在图2-22b中，条形磁铁要拨出时，自上而下流入线圈中的磁通量在减少。根据楞次定律，感应电流产生的磁通与磁铁的磁通方向一致，即感应电流产生的磁通为自上而下流入，由右手螺旋定则可确定感应电流
15、的方向为自右向左流过检流计。图2-22 磁铁插入或拔出线圈时感应电流的方向2、感应电动势的大小 法拉第通过大量实验总结出：线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通量的变化快慢（即变化率）和线圈的匝数N的乘积成正比。通常把这个规律叫法拉第电磁感应定律，其数学表达式为式中 N线圈的匝数；匝线圈的磁通变化量（Wb）；磁通变化所需要的时间（s）；N匝线圈磁通变化量（Wb）；E感应电动势的平均值（V）。上式中，负号表示感应电流所产生的磁通总是企图阻止原来磁通的变化，感应电动势的方向总是和磁通变化的趋势相反。实际中判断感应电动势的方向还是用楞次定律，上式只是用来计算感应电动势的大小。ttNet三、自感 1、自感
16、现象 A，B是完全相同的两个灯泡，L为铁心线圈，R为电阻。当合上开关时，B灯立即正常发光，而A灯却是逐渐变亮。这是什么原因呢？我们知道，当合上开关电流流入线圈时，该电流将产生一个左端为N极、右端为S极的磁场。由楞次定律知，这个增大的磁通会在线圈中引起感应电动势，而感应电动势又会产生一个左端为S极、右端为N极的磁通来阻碍原磁通的变化。根据安培定则可判别出感应电流的方向与原流进线圈电流的方向相反。因此流进线圈的电流不能很快上升，A灯也只能慢慢变亮。自感实验电路自感实验电路 当合上开关灯泡正常发光后，线圈中也有电流流过，其方向从左到右。若突然把开关断开，灯泡会先闪亮一下再熄灭。这是由于断开开关后因失
17、去外电源，线圈的电流及磁通也就突然减小，于是线圈中就要产生一个感应电动势来阻碍原磁通的减小。由楞次定律可知，感应电流的方向与原电流的方向相同。由于感应电动势一般都较高，则流过灯泡的感应电流就较大，从而使灯泡突然明亮地闪光。2、自感系数 自感系数是用来描述线圈产生自感磁通本领的物理量,线圈中的磁通量与产生该磁通的电流i的比值叫自感，又叫电感，用符号L表示。即 L=/i当线圈外电流为i时所产生的自感磁通（Wb）；i流过线圈的外电流（A）；L线圈的电感，单位是亨（H）。由上式看出，电感是表示线圈中通过单位外电流所产生的自感磁通。电感越大，表示线圈通过单位外电流时产生自感磁通的本领越大。电感的大小与线
18、圈的匝数、形状、大小及周围磁介质的磁导率有关。3、自感电动势大小 自感电动势的大小，可由法拉第电磁感应定律得把式L=/I代入上式，且L为常数时，有式中：i线圈中外电流在内的变化量（A）；t线圈中外电流变化所用的时间（s）；L线圈的自感（H）；eL自感电动势（V）。teLtieLL4、自感电动势方向 自感电动势的方向,尽管可用愣次定律来判定，但是，判定自感电动势的方向，有个特殊的规律：自感电动势的方向只与通过线圈本身的电流i的方向及其变化趋势有关，与线圈的绕向无关，即当电流i增大时，自感电动势与i的方向相反，当电流i减小时，自感电动势与i的方向相同。因此，在判定自感电动势的方向时，就无需知道线圈
19、的绕向，而只要知道通过线圈中电流的方向及其变化趋势（增大或减小），就可以立即判定出自感电动势的方向。图2-24 自感电动势的方向5、自感电动势的应用（1）日光灯电路图2-25 日光灯电路图2-26 电感镇流器的结构图2-27 启辉器的结构（2）汽车点火线圈图2-28 汽车点火电路原理图1二次线圈 2一次线圈 3铁心 4触电 5凸轮四、互感1、互感现象 所谓互感现象，就是由一个线圈中的电流变化引起另一个线圈产生电磁感应的现象叫互感。由互感产生的感生电动势称互感电动势。我们把由互感现象产生的感应电动势叫互感电动势，用符号eM表示。图2-29 互感实验电路图2-30 互感电路2、互感电动势的大小 根
20、据法拉第电磁感应定律有 式中 N2 线圈2的匝数；i在线圈2中产生的磁通随时间的变化率，又称互感磁通量变化 率（Wb/s）；e2M 在线圈2中产生的互感电动势（V）。上式说明，互感电动势的大小与互感磁通量的变化率以及二次线圈的匝数成正比，即正比于第一个线圈中电流的变化率。当两个线圈互相垂直时，互感电动势最小。当第一个线圈的磁通全部穿过第二个线圈时，互感电动势最大，且电动势与线圈匝数成正比。t1222eNMt123、互感在汽车上的应用（汽车点火系统的点火线圈与电路）图2-32 汽车传统点火系工作原理示意图4、同名端 用符号“”“*”来表示变压器或互感器原、副线圈的同名端。所谓同名端，即是各线圈绕
21、向一致而感应电动势的极性保持相同的端点。图2-31 互感线圈的同名端第六节 电磁继电器一、电磁铁 电磁铁由磁化线圈、铁心和衔铁3个主要部分组成。常见有马蹄式、拍合式及螺旋管式3种结构。图2-33 电磁铁的基本结构a）马蹄式 b）拍合式 c）螺旋管式二、电磁式继电器 电磁式继电器是一种具有跳跃输出特性、传递信号的电磁器件。它 由电磁机构与触点系统两部分组成，包括铁心、衔铁、线圈、回位弹簧和触点等。图2-35 电磁式继电器三、干簧继电器 簧管外面套上磁化线圈就构成了干簧继电器。当线圈通以电流时，在线圈的轴向产生了磁场。该磁场使密封管内的两干簧片磁化，于是两干簧片触点产生极性相反的两种磁极，它们就相互吸引而闭合。当线圈切断电流时，磁场消失，两干簧片也失去磁性，依靠其自身的弹性而恢复原位，使触点断开。图2-36 干簧继电器a）接通电流时 b）切断电流时
