磁场对载流直导体的作用电与磁电磁力

10第十讲磁场对载流导线的作用磁场对载流线圈的作用磁力的功磁场对载流导线的作用：当导线中通过电流时，会在导线周围产生一个磁场。

这个磁场会对导线本身以及周围的物体产生一定的影响。

首先，磁场会对导线本身产生力的作用。

根据安培力定律，导线中的电流与其所在位置的磁场之间存在一定的相互作用力。

如果导线是匀强磁场中的一部分，那么这个力会使得导线受到一个正交于电流和磁场的方向上的力，导致导线运动。

这个力被称为洛伦兹力，其大小与导线长度、电流强度、磁场强度以及导线与磁场夹角等因素有关。

其次，磁场对导线周围的物体也会产生一定的影响。

当导线中通过电流时，其周围的磁场会使得周围的物体受到一定的力的作用。

这个力通常称为磁场对物体的磁力。

根据洛伦兹力定律，磁场对物体的磁力与物体中的电荷以及其速度之间存在一定的关系。

当物体中存在电荷，并且它们有一定的速度时，磁场会对物体施加一个力，使其受到偏转或者运动。

磁场对载流线圈的作用：载流线圈是由多个导线绕成的闭合回路，通过线圈内的导线也会在周围产生一个磁场。

这个磁场对线圈本身以及周围的物体也会产生一定的影响。

对于线圈本身，磁场可以增大或者减小线圈内的电流。

当线圈内的电流改变时，其所产生的磁场也会发生变化。

根据法拉第电磁感应定律，磁场的变化会在线圈内感应出电动势，进而产生感应电流。

这个感应电流会使得线圈内的电流发生变化，从而改变线圈所产生的磁场。

对于周围的物体，线圈所产生的磁场同样会使得周围的物体受到磁力的作用。

由于线圈内的导线与磁场的相互作用力在不同位置上的方向相反，所以线圈在外部产生的磁场对外部物体的磁力也会相互抵消。

但是，当线圈周围存在其他导体或者磁材料时，线圈所产生的磁场会使得这些导体或者磁材料受到一定的力的作用，产生磁场对物体的磁力。

磁力的功：磁力的功可以通过考虑一个带电粒子在磁场中进行运动来理解。

当一个带电粒子在磁场中移动时，由于洛伦兹力的作用，这个粒子会受到一个与其速度方向垂直的力。

磁场对载流导体的作用讲授课23 空调01/021、掌握磁场对载流导体的作用重点：磁场对载流导体的作用难点：磁场对载流导体的作用措施：以图示和公式的推导说明《电工基础教学参考书》习题册P27-28§3-4 磁场对载流导体的作用一、磁场对载流直导体的作用：1、大小：通电直导体周围存在磁场(电流的磁效应),它就成了一个磁体,把这个磁体放到另一个磁场中,也会受到磁力的作用,这就是“电磁生力”。

电磁力：指通电导体在磁场中受到的作用力。

电磁力的大小：F=BILsinα式中：F——通电导体受到的电磁力。

牛（N）B——磁感应强度。

特斯拉（T）I——导体中的电流强度。

安培（A）L——导体在磁场的长度。

米（m）α——电流方向与磁感应线的夹角。

当α=90°时，F=BILsinα最大，F=BIL当α=0°时，F=BILsinα最小，等于02、方向通电导体在磁场内的受力方向，可用左手定则判断：平伸左手，使拇指垂直其余四指，手心正对磁场的方向，四指指向表示电流的方向，拇指的指向就是通电导体的受力方向。

3、相距较近且相互平等的通电直导体之间的关系：由于每根载流导线的周围都产生磁场，所以每根导线都处在另一根导线产生的磁场中，即两根导线都受到电磁力的作用。

结论：通过同方向电流的平行导线是互相吸引的，通过反方向电流的平行导线是互相排斥的。

如：输电线上为什么要相距一定距离就安装一个绝缘支柱？4、讲解P59 例3-1二、磁场对通电矩形线圈的作用。

1、线圈平面与磁感应线平行：ab和cd与磁力线垂直将受到磁场的作用力F1和F2，而且F1=F2，根据左手定则，F1和F2的方向相反。

受到作用力的两个边叫做有效边。

两有效边所受到力大小相等，方向相反。

构成一对力偶。

此时的转矩为：M=F1L2=BIL1L2=BIS当线圈平面与磁力线的夹角为α时：M=BIScosα当线圈由N匝线构成时：M=NBIScosα当α=0°时，M=NBIScosα最大，M=NBIS 当α=90°时，线圈平面与磁感应线垂直：M=NBIScosα最小，等于02、讲解P60 例3-2。

磁场对载流导体的作用磁场是物质与电磁场相互作用的一种现象，它对载流导体的作用十分重要。

当电流通过载流导体时，会产生磁场，而磁场的存在又会影响导体本身以及周围环境。

本文将就磁场对载流导体的作用进行探讨。

一、洛伦兹力的作用当电流通过载流导体时，磁场对导体中自由电子的运动方向施加一个垂直于电流方向和磁场方向的洛伦兹力。

根据右手定则，电子将偏转到与电流方向和磁场方向垂直的方向，形成电子漂流。

而洛伦兹力也是电动力计和霍尔效应的基础。

在实际应用中，这个力对于电磁铁、电动机、变压器等设备的正常运行起着至关重要的作用。

例如，电动机的旋转就是通过利用导体在磁场中受力而产生的机械运动来实现的。

二、磁感应强度的作用磁感应强度是磁场的物理量，用符号B表示。

磁感应强度的大小决定了磁场的强弱程度。

当电流通过载流导体时，根据安培定则，磁感应强度的大小与电流强度成正比，与载流导体的长度成反比。

磁感应强度的作用表现在许多方面。

首先，它影响载流导体周围的磁场分布。

其次，磁场的方向与磁感应强度方向一致，可以用来确定磁场的方向。

此外，磁感应强度也是磁场中一些重要物理量的计算基础，例如磁通量。

三、感应电动势的作用根据法拉第电磁感应定律，当载流导体与磁场相对运动或磁场发生变化时，导体中会产生感应电动势。

这个现象广泛应用于发电机、变压器等设备中。

感应电动势的大小与磁感应强度的变化速率以及导体的几何形状有关。

感应电动势的作用可见于各种电器设备中。

例如，发电机通过导体与磁场的相对运动产生感应电动势，将机械能转化为电能。

而变压器则通过磁场的变化来调整电压大小，实现电能的传输和变换。

四、磁化效应的作用载流导体在磁场中也会发生磁化效应。

当磁场的强度足够大时，导体内的电子受到力的作用而形成自旋磁矩，导致导体整体呈现磁性。

这种现象被称为磁化。

磁化效应的作用在于为实际应用中的电磁设备提供了基础。

例如，磁化效应可用于制造磁铁，用于吸附物体、辅助定位等。

另外，它也是电磁感应定律中感应电动势产生的原理之一。

磁场对电流的作用一、磁场对载流直导体的作用电磁力：把通电导体在磁场中受到的作用力。

也称安培力，用F 表示，单位是牛顿（N）。

1、电磁力的大小通电导体长度一定时，电流越大，导体所受电磁力越大；电流一定时，通电导体越长，所受电磁力越大。

电磁力F的大小与导体电流成正比，与导体在磁场中的有效长度及载流导体所在位置的磁感应强度成正比。

即：F=BIL 式中 B—均匀磁场的磁感应强度（特）；I —导体中的电流强度（安）；L—导体在磁场中的有效长度（米）；F—导体受到的电磁力（牛）；如果电流方向与磁场方向不垂直，夹角为α，则电磁力计算公式 F=BILsinα当导体垂直于磁感应强度的方向放置时，α=90o,导体所受到的电磁力最大；当导体与磁场方向平行放置时，α=0o,导体所受到的电磁力最小，为零。

2、电磁力的方向若改变导体电流方向或磁极极性，则导体会向相反方向运动，通电直导体在磁场中的受力方向可用左手定则来判断。

平伸左手，让大拇指与其余四指垂直，让磁力线垂直穿入掌心，四指指向电流方向，则大拇指所指即为通电导体所受电磁力方向。

教案内容、过程教法时间分配【例题】如图所示，在磁感应强度大小为B的磁场中垂直放置一根长为5m的载流直导体，测得受到的电磁力为2N，试求：(1)磁感应强度B；(2)标出电磁力的方向；(3)若通入导体的电流为0，则导体受到的电磁力为多少？该区域的磁感应强度为多少？解：(1) 电磁力F=BIL将F=2N,L=5m,I=2A代入上式求得B=F/(IL)=0.2T(2)电磁力方向垂直向上(3)F=0，B=0.2T3、平行直导线间的作用给两根平行直导体通以相同方向的电流，导体之间将相互吸引；通以相反方向的电流，导体之间将相互排斥。

高压输电线采用裸导线输电，导线之间将产生吸引力，为防止输电线路短路，两根输电线之间必须保持一定距离。

二、磁场对通电线圈的作用如图所示，在均匀磁场中放置一个矩形线圈,当给线圈通入电流时，线圈的两个有效边受到的作用力大小相等、方向相反，构成一对力偶，产生电磁转矩，使线圈绕轴线旋转起来，线圈的旋转方向可用左手定则判断。

磁场对载流导体的作用我们知道运动电荷在磁场中要受到磁场力给予的作用力，即洛仑兹力。

电流是由电荷的定向运动产生的，因此磁场中的载流导体内的每一定向运动的电荷，都要受到洛仑兹力。

由于这些电荷（例如金属导体中的自由电子）受到导体的约束，而将这个力传递给导体，表现为载流导体受到的一个磁场力，通常称为安培力，下面我们从运动电荷所受到的洛仑兹力导出安培力公式。

如图1表示一个固定不动的电流元，其电流强度为I ，横截面为dS ，长为dl 。

设在电流元范围内有相同的磁感应强度B 。

则金属载流导体内每一定向运动的电子所受到的洛仑兹力为B ev f ⨯-=，v 为电子定向漂移速度，与电流密度矢量j 方向相反（nev j =，n 为导体单位体积的自由电子数）。

电流元内作定向运动的自由电子数ndSdl N =，因而电流元内作定向运动的电子所受到的合力为B dSdlj B nev dSdl B ev N dF ⨯=⨯-=⨯-=)()(在电流元的条件下，我们用dl 来表示其中电流密度的方向，并注意到电流强度dS j I ⋅=，于是上式表示为：B Idl dF ⨯=。

（1）式（1）式为电流元Idl 内定向运动的电子所受到的合磁场力。

如前所述，这个力被传递给载流体，表现为电流元这个载流导体所受到的磁场力。

通常称（1）式为安培力公式。

（1）式由运动电荷在磁场中受到的磁场力B ev f ⨯-=推导而得。

但在历史上（1）式首先是由实验得出的，因此不少作者将（1）式作为基本实验定律，从（1）式导出B ev f ⨯-=，并用（1）式给磁感应强度B 下定义。

由（1）式原则上可以求得任意形状的电流在磁场中所受到的合力，即求积分⎰⨯=l B Idl F 0，l 为在磁场中的导线长度。

下面我们来探讨一下金属载流导体（例如金，铜，铝，银等）中，定向运动的电子所受到的洛仑兹力是怎样成为载流导体的安培力的。

如图2所示，因为载流导体中每一个定向运动的电子，都要受到一个洛仑兹力B ev f ⨯-=，方向沿z 轴正方向。

磁场对载流导线的作用
一、磁场的作用
磁场是由平行于它的磁力线构成的有规律的力场，它对载流导线具有
两种作用：磁化作用和动力作用。

1、磁化作用：当一条载流导线经过一个有规律的磁场时，它在磁场
中受到作用，会产生磁性，即铁磁现象。

这是由于铁的原子的外电子在磁
场的作用下，形成漩涡状团结，从而使整个金属成为铁磁性。

2、动力作用：当一条载流导线通过一个有规律的磁场时，它会受到
一个力的作用，这个力称为流体力，即磁力。

载流导线会受到磁力，会形
成磁力学效应。

可以把它看作一种通电磁铁，它经常被用来控制机械的移动。

1、电流传导：载流导线是电流传导的媒介，它可以把电流从一个设
备传到另一个设备，从而实现电能的使用。

2、电磁场传播：当载流导线运行时，它会产生磁场，这种磁场可以
用来识别电动机的位置，从而实现控制机械的移动。

3、电能的供应：载流导线可以把从发电厂获取的电能分配到用电者，以便他们能够使用电力。

4、节约能源：载流导线可以用于节能和环保，它可以节省能源，减
少污染。

§3。

3 磁场对载流导体的作用3．3．1、安培力一段通电直导线置于匀磁场中，通电导线长L ，电流强度为I ，磁场的磁感应强度为B ，电流I 和磁感强度B 间的夹角为θ，那么该导线受到的安培力为θsin ⋅=BIL F 电流方向与磁场方向平行时，0=θ，或180=θ，F=0，电流方向与磁场方向垂直时，90=θ，安培力最大，F=BIL 。

安培力方向由左手定则判断，它一定垂直于B 、L 所决定的平面。

当一段导电导线是任意弯曲的曲线时，如图3-3-1所示可以用连接导线两端的直线段的长度l 作为弯曲导线的等效长度，那么弯曲导线缩手的安培力为θsin BIL F =3．3．2、安培的定义如图3-3-2所示，两相距为a 的平行长直导线分别载有电流1I 和2I 。

载流导线1在导线2处所产生的磁感应强度为a I B πμ21021=，方向如图示。

导线2上长为2L ∆的线段所受的安培力为：2sin21222πB L I F ∆=∆=221021222L a I I B L I ∆=∆πμ其方向在导线1、2所决定的平面内且垂直指向导线1，导线2单位长度上所受的力ＰＢ图3-3-1图3-3-2a I I L F πμ221022=∆∆同理可证，导线λ上单位长度导线所受力也为a I I L F πμ221011=∆∆。

方向垂直指向2，两条导线间是吸引力。

也可证明，若两导线内电流方向相反，则为排斥力。

国际单位制中，电流强度的单位安培规定为基本单位。

安培的定义规定为：放在真空中的两条无限长直平行导线，通有相等的稳恒电流，当两导线相距1米，每一导线每米长度上受力为2710-⨯牛顿时，各导线上的电流的电流强度为1安培。

3．3．3、安培力矩如图3-3-3所示，设在磁感应强度为B 的均匀磁场中，有一刚性长方形平面载流线图，边长分别为L 1和L 2，电流强度为I ，线框平面的法线n 与B之间的夹角为θ，则各边受力情况如下：2BIL f ab = 方向指向读者 2BIL f cd = 方向背向读者θθπcos )2sin(11BIL BIL f bc =-=方向向下θθπcos )2sin(11BIL BIL f da =+= 方向向上bc f 和da f 大小相等，方向相反且在一条直线上，互相抵消。