磁场与磁路

第三章磁场与电磁感应 一、概述：（一）、磁场与磁路1、 磁体和通电导体周围存在着磁场。

磁场具有力和能的特性，描述磁场强与弱以及磁场方向常用磁力线。

磁力线在磁体外部从N 极到S 极，在磁体内部从S 极到N 极形成闭合曲线。

磁力线密集的地方磁场强，磁力线稀疏的地方磁场弱，磁力线上某点切线方向为该点磁场方向。

N 、S 分别为磁体的指北极（简称北极）和指南极（简称南极），同性磁极相斥，异性磁极相吸。

2、 通电直导线的磁力线方向与电流方向之间的关系可用右手螺旋定则Ⅰ来确定；通电螺旋管的磁场方向与电流方向之间的关系可用右手螺旋定则Ⅱ来确定。

3、 描述磁场的主要物理量有：磁通、磁感应强度、磁导率、磁场强度。

4、 了解铁磁材料、磁路、磁路欧姆定律、会计算磁阻。

（二）、电磁感应1、 当导体相对磁场作切割磁力线运动或线圈中磁通发生变化时就会在导体中引起电动势，这种现象称为电磁感受应，由电磁感应产生的电动势称为感受应电动势，由感应电动势引起的电流称为感应电流。

2、 计算感应电动势大小可用法拉第电磁感应定律，判别感应电动势的方向可用楞次定律。

3、 当电路中含有两个或两个以上相互耦合的线圈时，若在某一线圈中通以交变电流，则该电流所产生的交变磁通会在其他线圈中产生感应电动势，这种现象称为互感现象。

由互感引起的感应电动势称为互感电动势。

互感电动势的大小与方向可根据同名端来判别。

4、 互感线圈的联接分为顺串、反串；顺并和反并。

变压器就是利用互感原理工作的电磁元件。

5、 R —L 电路接通或断开直流电源（接通或断开称为换路），其换路前和换路后的电流不变，即)()(00-+=t i t i L L其中t0为换路时刻。

换路后电流的变化速度与时间常数RL=τ有关，τ的单位为秒。

二、知识要点：（一）磁场与磁路1、磁场，凡有磁力作用的空间称为磁场，磁场是一种特殊物质，具有力和能的特性。

（1）磁现象○1磁性：物体吸引铁磁性物质的性质。

磁场及磁路磁的基础知识1、磁2、磁铁的主要性能（1）、磁铁具有极性（2）、磁极之间有相互作用力（3）、铁磁性物质具有被磁化现象磁场及其性质1、磁场的定义2、磁场的性质3、磁场的方向4、磁力线5、磁场的应用磁场基本物理量1、磁感应强度B：（1）、大小：单位正电荷q以单位速度v沿垂直方向运动时所受到的电磁力F，磁感应强度B是描述空间某点磁场强弱与方向的物理量。

即B=F/qv（2）、方向：该点的磁场方向，与产生该磁场的电流之间的方向关系符合右手螺旋法则（3）、单位：特[斯拉]（T）2、磁通量Ф：（1）、大小：穿过某一截面S的磁感应强度矢量B的通量，也可理解为穿过该截面的磁力线总数。

在均匀磁场中，如果S与B垂直，则有Ф＝BS（2）、SI单位：Ф—韦[伯] (Wb)。

3、磁场强度H（1）、大小：等于该点的磁感应强度B与介质导磁率μ的比值，即H=B/μ（2）、方向：该点的磁场方向（3）、SI单位：安/米（A/m）。

4、磁导率μ磁导率μ是表示物质导磁性能的物理量。

其SI单位是亨/米（H/m）。

由实验测出，真空中的磁导率μ0=4π×10-7H/m。

μ≈μ0的物质称为非磁性材料；μ》μ0 的物质称为铁磁性材料。

铁磁物质的性质一、概念1．磁畴：铁心自身有的自然磁性小区域。

2．磁化：铁心中的磁畴沿外磁场作定向排列，产生附加磁场的现象，如图4.1（b）所示。

3．铁磁材料：能被磁化的材料（例如：铁、钴、镍以及它们的合金和氧化物）。

二、铁心的磁化过程可以用图4.2描述。

（a）（b）图 4.1 磁畴和铁心的磁化图4.2 磁化过程OA段：大部分磁畴的磁场沿外磁场方向排列， 与I成正比且增加率较大。

AB段：所有磁畴的磁场最终都沿外磁场方向排列，铁心磁场从未饱和状态过渡到饱和状态。

B点以后：称饱和状态，铁心的增磁作用已达到极限，同直线1。

三、铁磁物质的性质1、高导磁性2、磁饱和性3、磁滞性铁磁材料的分类和用途一、磁滞现象1．磁滞：当铁心线圈通入交流电时，铁心会随交流电的变化而被反复磁化。

第五章《磁场与磁路》知识要点概括一、磁场的产生1、磁场：是一种特殊的物质，它看不见、摸不着，但是又真实存在、具有一般物质所固有的一些属性（如力和能的特性）。

2、磁感线：是用来形象描述磁场强弱和方向的一系列曲线，这些曲线叫磁感线。

磁感线是一系列互不交叉的闭合曲线，在磁体外部由N 极指向S 极，在磁体内部由S 极指向N 极。

磁感线的疏密表示磁场的强弱，磁感线上某点的切线方向就表示该点磁场的方向。

3、磁体的周围有磁场：磁铁、地球等磁体的周围存在磁场。

任何磁体都有两个磁极，一个叫北极（N），另一个叫南极（S）。

4、电流的周围有磁场。

一根导体通电后周围会产生磁场，这种现象称为电流的磁效应。

电流产生的磁场方向判断：用右手螺旋定则（安培定则）来判断。

5、磁极间的相互作用：同名磁极相斥，异名磁极相吸。

二、描述磁场的物理量1、磁感应强度B：描述了磁场强弱和方向。

定义：IL F B =。

单位：特斯拉（T）。

2、磁通φ：描述了穿过某个面磁感线条数的多少。

φ=B S 。

单位：韦伯（Wb）。

3、磁导率μ：用来表示介质导磁性能的好坏。

不同介质磁导率一般不同，单位：亨／米（H ／m）。

真空的磁导率μ0＝4π×10－7H／m，且为一常数。

相对磁导率——某介质的磁导率与真空磁导率的比值，用μr 表示，即：0μμμ=r 4、磁场强度H：磁场强度是把电与磁联系起来的一个辅助量。

μB H =。

单位：安/米（A/m）。

三、物质的磁化：1、磁化：使原来没有磁性的物质具有磁性的过程称为磁化。

磁化的本质：铁磁材料内部存在大量的“小磁畴”，每个小磁畴就是一个小磁体。

磁化前，这些小磁畴排列杂乱无章，它N SI地理北极地理南极们产生的磁场互相抵消，对外不呈现磁场。

但当有外磁场作用时，小磁畴会发生翻转，取向排列变得一致，它们的磁场互相加强，对外呈现出磁场。

2、磁化曲线与磁滞回线如图，横坐标H——表示外磁场的磁场强度。

纵坐标B——表示物质磁化后的磁感应强度。

磁的基本知识：磁场、磁路、磁性材料线圈通入电流时，在其周围会产生磁场。

把线圈套在铁心上，磁场会加强而且集中，并能吸引铁磁物质，使之运动。

电磁吸盘、电磁阀、接触器、继电器等许多电气设备就是利用这种原理制成的。

磁场被认为是一种能量，能吸引铁磁物质运动做功，把线圈通入的电能转化为铁质运动的机械能。

借助于磁场，很容易实现电能和机械能的相互转换，导线切割磁场运动，导线会产生感应电动势，基于这种原理制成的发电机，就是把机械能转换为电能的一个实例。

通电的导体在磁场中会受力运动，基于这种原理制成的电动机，就是借助于磁场实现电能转换成机械能的实例。

变压器是借助磁场的变化，使一种电压等级的交流电能转化为另一种电压等级的电能。

以上事实说明了，一个电工仅掌握电路方面的知识，而不掌握磁路、磁场方面的知识，那么，他的知识是残缺不全的。

从本节课开始将分四篇来学习有关知识，内容不是具体介绍每个电气设备的电磁原理，而是介绍它们共有的最基本的磁知识。

这样，在学习各个电气设备时，才有扎实的基础。

（有些部分在初级电工基础知识里面也是接触过的，这里再加深一次）。

磁场和磁路如图下图a所示，线圈通入电流I时，在其周围产生磁场。

在图中，磁场用虚线形象化地表示，称为磁力线。

磁力线箭头方向表示磁场方向，磁力线是无始无终的闭合回线。

产生磁场的电流称为励磁电流或激磁电流，电流值与线圈匝数N 的乘积IN称为磁动势F，记作F=IN，单位为安匝。

所产生的磁场方向与励磁电流方向之间符合右螺旋定则。

磁场方向常用南（S）、北(N ）极来描述，图a中，线圈上方为S极，下方为N极，把线圈包含的一段磁路称为内磁路，未包含的磁路（即空气中的磁路）称为外磁路，外磁路的磁场方向由N极指向S极，内磁路磁场方向则由S极指向N极。

为使较小的励磁电流能产生较大的磁场，并把磁场集中在一定范围内加以利用，常把线圈套在由铁磁材料制成的一定形状的铁心中。

图b是电磁铁未吸合时的磁路。

由于铁磁材料容易导磁，故大部分磁力线在铁心中形成闭合回路，这部分磁通称为主磁通Φ，另外一小部分磁力线则不经过铁心而经过空气形成闭合回路，这部分磁通称为漏磁通，记作Φs。

磁场和磁路知识点总结一、磁场基础概念1. 磁场的概念磁场是物质周围或者物质内部存在的空间,该空间内每一点都存在着磁力的作用，通常用B表示。

磁场是物质所具有的最基本的物理性质之一。

在物质中,由于电子自身的自转产生了绕轨道上前进的电流,而电流则产生磁场。

这就是原子、分子和物质微观结构形成的原因，说明了磁场的实质。

2. 磁感线磁感线是用来表示磁场的一种图示法，即表现磁场的方向、强度和区域的一种方法。

3. 磁场强度磁场强度，通常由H表示，是磁场介质内任一点单位长度磁体磁化，产生的磁场强度。

二、磁路的概念1. 磁路的概念磁路是由磁路主体和磁路气隙两个组成部分构成的。

它是闭合的，但绕封闭轮廓的电动机是有励磁的，则没有完全闭合磁路。

在不同的电供电压下，发生不同的电磁能量转化，是电机工作的基础。

2. 磁路设计的基本要求磁路设计是指设计电磁设备的磁路结构，又称磁路设计。

磁路设计的基本要求有很多，包括各种要素的选择及组合。

磁路设计应该是可以促进和推动电机效果，使电机保持最高效率的设计。

3. 磁路的分析磁路分析是为了定量计算磁路中各种参数的影响，及时发现磁路中可能存在的问题，进行技术分析和处理。

三、磁场与磁路的关系1. 磁场与磁路之间的联系磁场与磁路是相互联系的，磁场的产生、存在和变化，必然需要磁路作为周围环境。

反之，磁路中磁通的变化也必然会引起周围磁场的变化。

这种联系是磁场和磁路的关系。

2. 磁路与效应磁场与磁路的关系，不仅是在实际电磁设备中产生电机效应，磁路中的参数对于电磁设备的性能起着至关重要的作用。

任意一点的磁场强度、磁感应强度、磁通、磁势等都至关重要，同时又与磁路中各种参数有关。

不同的磁路、磁场产生和变化的结果，最终会在转换和作用电机效果过程中得到充分的体现，所以这点和电磁学颇为类似。

四、磁路的基本参数1. 磁路的导磁系数磁路的导磁系数，是磁路中的物质对磁通的相对通过能力。

磁路中磁通的大小是取决于磁路导磁系数的。

电工技术基础与技能第五章磁场和磁路练习题班别：高二（）姓名：学号：成绩：一、是非题1、磁体上的两个极，一个称为N极，另一个称为S极，若把磁体截成两段，则一段为N极，另一段为S极。

（）2、磁感应强度是矢量，但磁场强度是标量，这是两者之间的根本区别。

（）3、通电导体周围的磁感应强度只取决于电流的大小及导体的形状，而与媒介质的性质无关。

（）4、在均匀介质中，磁场强度的大小与媒介质的性质无关。

（）5、通电导线在磁场中某处受到的力为零，则该处的磁感应强度一定为零。

（）6、两根靠得很近的平行直导线，若通以相同方向的电流，则他们相互吸引。

（）7、铁磁性物质的磁导率是一常数。

（）8、铁磁性物质在反复交变磁化过程中，H的变化总是滞后于B的变化，称为磁滞现象。

（）9、电磁铁的铁心是由软磁性材料制成的。

（）10、同一磁性材料，长度相同，截面积大则磁阻小。

（）二、选择题1、判定通电导线或通电线圈产生磁场的方向用（）。

A.右手定则B.右手螺旋法则C.左手定则D.楞次定律2、如5-21所示，两个完全一样的环形线圈相互垂直地放置，它们的圆心位于共同点O点，当通以相同大小的电流时，O点处的磁感应强度与一个线圈单独产生的磁感应强度之比是( )。

:1 :1 :3、下列与磁导率无关的物理量是（）。

A.磁感应强度B.磁通C.磁场强度D.磁阻4、铁、钴、镍及其合金的相对磁导率是（）。

A.略小于1B.略大于1C.等于1D.远大于15、如5-22所示，直线电流与通电矩形线圈同在纸面内，线框所受磁场力的方向为( )。

A.垂直向上B.垂直向下C.水平向左D.水平向右6、在匀强磁场中，原来载流导线所受的磁场力为F，若电流增加到原来的两倍，而导线的长度减少一半，这时载流导线所受的磁场力为( )。

F F F7、如5-23所示，处在磁场中的载流导线，受到的磁场力的方向应为( )。

A.垂直向上B.垂直向下C.水平向左D.水平向右8、空心线圈被插入铁心后( )。

磁场计算与磁路设计磁场是以磁铁或电流为源产生的物理现象。

在工程设计中，磁场计算和磁路设计扮演重要角色，尤其在电机、传感器和磁力学相关领域。

磁场计算与磁路设计的目的是研究和优化磁场的分布和性能，确保设备的效率和稳定性。

磁场计算的方法主要分为解析方法和数值计算方法。

解析方法通常用于简化的几何模型和边界条件，其中最常用的方法是安培环路法和毕奥-萨法尔定律。

数值计算方法则通过离散化模型并应用有限元分析等工具来求解问题。

无论是解析方法还是数值计算方法，磁场计算的目的都是确定磁场的强度和分布，从而为磁路设计提供准确的输入。

磁路设计是建立在磁场计算的基础之上的。

它考虑了磁路上的磁阻、导磁材料和各种磁场源之间的相互作用。

磁路设计的目标是通过优化磁路结构来达到特定的要求，比如提高电机的转矩和效率，减小传感器的尺寸和功耗。

在磁路设计过程中，需要考虑以下几个方面：1. 磁路结构：根据具体的设备和应用需求，选择合适的磁路结构。

常见的结构包括飞轮、反铁心和磁环等。

磁路结构会影响磁场分布和漏磁损耗，因此需要根据具体问题进行设计和优化。

2. 导磁材料：导磁材料在磁路设计中起着重要的作用。

不同的导磁材料具有不同的磁导率和磁饱和特性，这些特性会影响磁场的传导和集中程度。

因此，在磁路设计中需要选择合适的导磁材料，并考虑其性能和成本等因素。

3. 磁场源：磁场源包括磁铁或线圈等产生磁场的设备。

在磁路设计中，需要确定磁场源的位置、形状和大小，以及其产生的磁场强度。

通过合理选择和配置磁场源，可以达到所需的磁场分布和性能要求。

4. 损耗和效率：在磁路设计中，需要考虑磁铁的能量损耗和设备的效率。

磁铁材料的磁滞损耗和涡流损耗会导致能量损耗，降低设备的效率。

因此，需要合理选择磁铁材料和减小能量损耗，从而提高设备的效率。

磁场计算和磁路设计在不同领域的应用广泛。

在电机设计中，磁场计算和磁路设计可以改善电机的转矩和效率，提高其性能。

在传感器设计中，磁场计算和磁路设计可以减小传感器的尺寸和功耗，提高其灵敏度和稳定性。

磁、磁路、磁兼容（EMC）基本知识（经典）一、磁的基本知识磁的范围比较广，讨论起来太泛！而磁场是电机实现能量交换的媒介（磁场和电流是电机工作两个基本条件），所以在下面我们以讨论磁场开始，首先介绍必要的一些概念。

为了易懂，我们采用了较为狭义的表述方法（所谓狭义是指在大多数情况下是对的或者说有条件的正确），请大家注意！1、磁通及磁感应强度一条通电导体或一块永久磁铁，它的周围是充满磁场的,在每一点它既有大小也有方向，通常形象地用磁力线表磁场的分布（如图1），借助磁力线，我们介绍两个物理量。

a.磁通：用磁力线的数量来表示。

如通电导体周围磁力线的总和，我们就叫总磁通，其单位不是我们想象用“根数、条数”表示，而是用麦克斯韦尔Mx或韦伯(Wb)作为其单位，且有1Wb＝108 Mxb.磁感应强度B：也称磁通密度即单位面积的磁力线数量。

如图1中通过阴影面积S′的磁力线（磁通）为Φ，则B＝Φ/S 单位是高斯(GS)或特斯拉(T)，且有T ＝104 GS2、 磁场及磁场强度图2是一个类似于我们常用的充磁实验装置。

环形均质永磁体的上端被切下一段，形成一个长为Lδ的气隙，下端装匝数为W的一个线圈，当线圈通以电流时，便会在圆环磁体内部以及空气隙Lδ中产生磁通。

我们定义“I•W”为磁动势F，简称磁势，单位是吉伯(Gb)或安(A)，且有1A＝0.4π Gb我们知道安培环频定律可表示为：F=∮H•dL＝∑(Hi•△Li)＝H1△L1＋ H2△L2＋•••＋Hn △Ln＋•••H即为磁场强度，其物理意义可在以下分析中体现。

如在图2磁路中将切割的小截磁体放回，则可视为一个特制磁路并设总长为L1，在均质磁路中可认为H处处相等，则 F＝∑(Hi•△Li)＝H•L 即H＝F/L（安/ 米）因此，可以狭义地理解为：磁场强度H是磁路中单位长度上的磁动势。

3、 剩磁、矫顽力、磁化曲线及磁导率如图2，我们将切割下来的小截磁体放回即变成一个均匀的磁路，然后将电流从“0”开始，不断加大，这时候磁路的磁通中不断上升见图3”og”段。

磁路基础知识梳理磁路是指在磁场中传递磁能的路径。

了解磁路的基础知识对于深入理解电磁现象和电磁设备的原理和工作方式具有重要意义。

本文将对磁路的基础知识进行梳理，包括磁场、磁感应强度、磁路的元件以及应用。

1. 磁场磁场是指周围空间中存在磁力的区域。

根据安培定律，电流通过导线时会产生磁场，而磁场会对通过其内部的导线产生力。

磁场有方向和大小之分，可以用磁感应强度来描述。

2. 磁感应强度磁感应强度（B）是指单位面积上垂直于磁场方向的磁通量。

磁感应强度的单位是特斯拉（T）。

根据法拉第电磁感应定律，当磁通量改变时，会在导体中产生感应电动势。

磁感应强度与产生磁场的电流成正比，与距离成反比。

对于长直导线，可以用安培定律来计算磁感应强度。

而对于螺线管等复杂形状的导体，需要使用比奥-萨伐尔定律进行计算。

3. 磁路的元件磁路的元件包括磁铁、螺线管、磁芯等。

磁铁是产生磁场的设备，常见的磁铁有永磁体和电磁铁。

永磁体由自然磁体或人工磁体制成，具有恒定的磁场。

电磁铁是通过通电产生磁场的设备。

螺线管通常由绕在绝缘芯上的导线制成，当电流通过导线时会产生磁场。

螺线管常用于电磁感应、电磁制动等应用中。

磁芯是用来引导和集中磁场的材料，常见的材料有铁、钴、镍等。

磁芯的使用可以增强磁场，并提高磁路的效率。

4. 磁路的应用磁路的应用广泛，包括电动机、发电机、传感器等。

电动机利用磁场产生的电动力来转动，将电能转化为机械能。

发电机则相反，利用机械能转动产生电能。

传感器通过感应磁场的变化来测量物理量，如温度、压力、流量等。

另外，磁路在磁存储器中也有重要应用。

硬盘驱动器和磁带机利用磁场记录和读取信息。

通过改变磁场的方向，可以表示“0”和“1”，实现数据的存储和读取。

总结：磁路是电磁学的重要概念，它涉及磁场、磁感应强度、磁路元件以及应用等内容。

磁路的理论和应用在电磁设备和电子技术领域具有重要作用。

通过对磁路的基础知识进行梳理，有助于我们更好地理解和应用磁场的原理和特性。