电工培训 电磁的基本知识.
本章学习要点： 1．熟悉磁的特性及磁的表示方法，熟悉磁通、磁感应强度、磁导率的概念以及铁磁材料的特点。 2．熟悉电生磁、-磁生电及磁对电流的力的作用的三个现象，了解三个现象方向判定关系，定性掌握磁场对电流的力的作用规律。 3。熟悉自感、互感现象，了解典型应用和避害知识。
人们的生活因为有了电而便捷、精彩、时尚。人们总爱假想“如果有一天，这个世界突然没了电……”，可是，如果这个世界没有了磁，会怎样呢?
实际上电与磁有着密不可分的关系。正因为有了这个关系，我们才有了电、电灯、电视、电话、计算机、电动机……，同时一也因为这个关系，导致了我们的电气寿命的短暂，突发故障的不约而至。你想知道这是什么原因吗?
§2—1 磁的基本知识
一、磁现象
早在2 000多年前，我们的祖先就发现了磁铁矿石具有吸引铁的性质。人们把物体能够吸引铁、钻、镍及其合金的性质称为磁性，把具有磁性的物体叫做磁体。磁体上磁性较强的位置称为磁极，磁体有两个磁极：即南极和北极，通常用字母S表示南极(常涂红色)，用字母N表示北极(常涂绿色或白色)。条形、蹄形、针形磁铁的磁极位于它们的两端。值得注意的是任何一个磁体的磁极总是成对出现的。若把一个条形磁铁分割成若干段，则每段都会同时出现南极、北极。这叫做磁极的不可分割性。磁极与磁极之间存在的相互作用力称为磁力：?其作用规律是同性磁极相斥，异性磁极相吸。一根没有磁性的铁棒，在其他磁铁的作用下获得磁性的过程叫磁化。如果把磁铁拿走，铁棒仍有的磁性则称为剩磁。
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二、磁场、磁感应线
磁体周围存在磁力作用的空间称为磁场。我们经常看见两个互不接触的磁体之间具有相互作用力，它们是通过磁场这一特殊物质进行传递的。磁场之所以是一种特殊物质，是因为它不是由分子和原子等粒子组成的。虽然磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质，但通过实验可以证明它的存在。例如，在一块玻璃板上均匀地撒些铁粉，在玻璃板下面放置一个条形磁铁。铁粉在磁场的作用下排列成规则线条，如图2—1所示。这些线条都是从磁铁的。N
极到S极的光滑曲线，如图2一1b所示。我们把这些曲线称为磁感应线，用它能形象描述磁场的性质。
实验证明磁感应线具有下列特点： 1．磁感应线是闭合曲线
在磁体外部，磁感应线从N极出发，然后回到S极，在磁体内部，是从S极到N极，这叫做磁感应线的不可中断性，如图2—2所示。
2. 磁感应线互不相交
这是因为磁场中任何一点磁场方向只有一个。
3．磁感应线的疏密程度与磁场强弱有关。
磁感应线稠密表示磁场强，-磁感应线稀疏表示磁场弱。
三、磁通、磁感应强度
为了描述磁场在上定面积上的分布情况而引入了磁通这一物理量。
在磁场中，把通过与磁场方向垂直的某一面积的磁
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感应线的总数目，叫做通过该面积的磁通，用字母?表示。磁通的单位是韦伯“简称韦，用Wb表示。
磁感应强度是用来表示磁场中各点磁场强弱和方向的物理量，用字母B表示。 垂直通过单位面积的磁感应线的数目叫做该点的磁感应强度。它既有大小，又有方向。在磁场中某点磁感应强度的方向，就是位于该点磁针北极所指的方向，它的大小在均匀磁场中可表示为：
B??S
式中 B—一磁感应强度 (T)；
?——磁通(Wb)；
2S——垂直于磁感应线方向通过磁感应线的面积(m)。
公式(2—1)说明磁感应强度的大小等于单位面积的磁通。如果通过单位面积的磁通越多，则磁感应线越密，磁场也越强，反之磁场越弱。
磁感应强度的单位是韦/米2，称为特斯拉，简称特，用字母T表示。
四、磁导率
实验证明，铁、钻、镍及其合金对磁场影响强烈，具有明显的导磁作用。但是自然界绝大多数物质对磁场影响甚微，导磁作用很差。为了衡量各种物质导磁的性能，引入磁导率这一物理量，用字母?表示。磁导率的单位为亨利/米(H/m)。不同物质有不同的磁导率。在其他条件相同的情况下，某些物质的磁导率比真空中的强，另一些物质的磁导率比真空中的弱。
?7经实验测得真空的磁导率为?0?4??10H/m，且是常数。
为了便于比较各种物质的导磁性能，把各种性质的磁导率与真空中的磁导率进行比较，引人相对磁导率这一物理量。任何一种物质的磁导率与真空的磁导率的比值叫做相对磁导率，用以表示。即：
?r???0
相对磁导率没有单位，只是说明在其他条件相同的情况下，物质的磁导率是真空磁导率的多少倍。
根据各种物质的磁导率的大小，可将物质分成三类。
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?r<1的物质叫做反磁物质，如铜、银等； ?r>1的物质叫做顺磁物质，如空气、铝等；
?r>>1的物质叫做铁磁物质，如铁、钴、镍及其合金等。
由于铁磁物质的相对磁导率很高，所以铁磁物质被广泛地应用于电工技术方面(如制作变压器、电磁铁。电动机的铁心等)。
表2—1中列出了几种铁磁物质的相对磁导率，供参考。
表2—1 几种铁磁物质的相对磁导率 铁磁物质名称 钴 镍 退火的铁 软钢 硅钢片 镍铁合金 坡莫合金
相对磁导率?r 174 1 120 7 000 2 180 7 500 60 000 115 000 §2—2 电流的磁场
一、通电直导线的磁场
磁铁周围有磁场，通电直导线的周围也有磁场。例如，一根直导线垂直穿过水平放置的纸板，在纸板上均匀地撒些铁粉。当直导线通电时，铁粉以导线为中心形成许多同心圆，如图2—3所示：铁粉的分布情况表示磁感应线分布情况。若直导线中电流消失，则纸板上的铁粉又呈均匀分布。从而证明了“动电生磁”，即磁场是伴随电流而存在的，而电流永远被磁场所包围。经实验证明，磁场方向与电流方向有关。若直导线垂直纸面，电流向着读者而来，则磁场方向是逆时
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针方向；若直导线上的电流是离开读者而丢，则磁场方向为顺时针方向，如图2—4a 所示：为了讨论问题方便起见；规定用符号，人和流出纸面的方向。
分别表示电流或磁感应线垂直进
通电直导线周围磁场方向与导线中的电流方向之间的关系可用安培定则(又称右手螺旋定则)进行判定。其具体内容是：右手拇指指向电流方向，贴在导线上，其余四指弯曲握住直导线，则弯曲四指的方向就是磁感应线的环绕方向；如图2—4b所示。
实验证明，通电直导线四周的磁感应线距直导线越近，磁感应线越密，磁感应强度越大，反之，磁感应线越疏k磁感应强度越小。导线中通过电流越大，靠近直导线的磁感应线越密集，磁感应强度越大；反之，导线中通过电流越小，靠近直导线的磁感应线越稀疏，磁感应强度越小。
二、通电螺线管的磁场
已经知道通电直导线周围有磁场存在。若将通电直导线绕成多匝螺线管后，在它的周围还有磁场存在吗?为证实这个问题。将磁针放在螺线管附近科当螺线管不通电时，磁针没有偏转。当通电时，磁针发生偏转。这就说明通电螺线管周围有磁场存在。对于一个确定的螺线管，磁场的强弱与螺线管中所通过的电流大小成正比。
通电螺线管磁场方向，与螺线管中通过的电流方向的关系，用右手螺旋定则进行判定，如图2—5所示。
右手螺旋定则的内容是：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与螺线管中流过的电流方向一致，那么拇指所指的那一端就是螺线管的N极。由图2—5可知，通电螺线管
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