磁的基本知识:磁场磁路磁性材料
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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。
磁学基础知识一、磁性材料1.磁性:物体吸引铁、镍、钴等物质的性质。
2.磁体:具有磁性的物体。
3.磁极:磁体上磁性最强的部分,分为南极和北极。
4.磁性材料:具有磁性的物质,如铁、镍、钴及其合金。
5.硬磁材料:一经磁化,磁性不易消失的材料,如铁磁性材料。
6.软磁材料:磁化后,磁性容易消失的材料,如软铁、硅钢等。
7.磁场:磁体周围存在的一种特殊的物质,它影响着磁体和铁磁性物质。
8.磁场线:用来描述磁场分布的假想线条,从磁南极指向磁北极。
9.磁感线:用来表示磁场强度和方向的线条,从磁南极出发,回到磁北极。
10.磁通量:磁场穿过某一面积的总量,用Φ表示,单位为韦伯(Wb)。
11.磁通密度:单位面积上磁通量的大小,用B表示,单位为特斯拉(T)。
三、磁场强度1.磁场强度:磁场对单位长度导线所产生的力,用H表示,单位为安培/米(A/m)。
2.磁感应强度:磁场对放入其中的导线所产生的磁力,用B表示,单位为特斯拉(T)。
3.磁化强度:磁性材料内部磁畴的磁化程度,用M表示,单位为安培/米(A/m)。
4.磁化:磁性材料在外磁场作用下,内部磁畴的排列发生变化,产生磁性的过程。
5.顺磁性:磁化后,磁畴的排列与外磁场方向相同的现象。
6.抗磁性:磁化后,磁畴的排列与外磁场方向相反的现象。
7.铁磁性:磁化后,磁畴的排列在外磁场作用下,相互一致的现象。
8.磁路:磁场从磁体出发,经过空气或其他磁性材料,到达另一磁体的路径。
9.磁阻:磁场在传播过程中遇到的阻力,类似于电学中的电阻。
10.磁导率:材料对磁场的导磁能力,用μ表示,单位为亨利/米(H/m)。
11.磁芯:具有高磁导率的材料,用于集中和引导磁场。
六、磁现象的应用1.电动机:利用电流在磁场中受力的原理,将电能转化为机械能。
2.发电机:利用磁场的变化在导体中产生电流的原理,将机械能转化为电能。
3.变压器:利用电磁感应原理,改变交流电压。
4.磁记录:利用磁性材料记录和存储信息,如硬盘、磁带等。
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。
磁场的基本物理量
一、磁感应强度
磁感应强度(B)它是表示磁场中某一点磁场强弱和方向的物理量,是一个矢量。
磁场中某一点的磁感应强度是用它对放在该点且垂直于磁场方向并通有1A电流、长度为1m的
导体所产生的作用力来衡量的。
其大小为:B=F/Il"
role="presentation" style="position: relative;">B=F/IlB=F/Il
B=F/Il" role="presentation" style="position:
relative;">B=F/IlB=F/Il
上式中参数含义分别是:
F:磁力(N);
B:磁感应强度(T);
I:电流(A);
l:长度(m)。
磁感应强度B的方向与磁场(磁力线)方向相同,即按励磁电流方向也符合右螺旋定则。
二、磁通
磁通(Φ)表示某一截面积A通过与之垂直方向的磁感应强度B的乘积,称为磁通Φ。
Φ=BA" role="presentation" style="position: relative;">Φ=BAΦ=BA
Φ的单位是Wb(韦伯)。
按Φ=BA,B=Φ/A的含义,B又可称为磁通密度,其单位可用Wb/m2" role="presentation" style="position: relative;">Wb/m2Wb/m2表示。
三、导磁率
导磁率(μ)是描述物质对磁场所呈现的导磁能力的物理量,单位为H/m(亨利/米)。
真空的导磁率μ0最小,μ0=4π×107H/m。
某种物质的导磁率μ和真空导磁率的比值,称为相对导磁率,用μr表示。
μr=μμ0" role="presentation"
style="position: relative;">μr=μμ0μr=μμ0
自然界中,铁、钴、镍及其合金,导磁率很高(μr>>1),称为磁性材料或铁磁物质,常被利用做电气设备的元件材料。
四、磁场强度
磁场强度(H)由于通电线圈缠绕不同物质时,所产生的磁场强弱不同(B不同),为回避物质导磁率μ对磁路计算带来的麻烦,使计算简化,因而引入一个也是反映磁场大小和方向的物理量,称为磁场强度H,它也是矢量。
磁场强度定义为:
H=Bμ,B=μH" role="presentation"
style="position: relative;">H=Bμ,B=μHH=Bμ,B=μH
H的单位是A/m(安/米),方向与B相同。
由于H的定义式比值(B/μ),因此线圈缠绕不同物质时所产生的磁场强度H(不是B)与物质的导磁率μ无关。
磁性材料
电工设备中主要使用的磁性材料包括铁、钴、镍及其合金。
他们具有的特性如下:
一、高导磁性:铁磁材料的导磁率很高,一般有几百至极板。
二、磁饱和非线性:磁性材料中,随着磁场强度H的增加,磁感应强度B亦随之增加,B=μ/H。
B与H的关系曲线称为磁化曲线,或称B—H曲线,如下图所示。
按定义,磁化曲线的斜率(U/B)便是导磁率μ。
由B—H
曲线可见,μ不是常数,即B—H线不是直线。
随着磁场强度H增大到一定程度后,磁感应强度B便不再显著增大,而是缓慢地增加,最终甚至不再增加了。
这种现象称磁饱和,该段B—H曲线称饱和段。
例如上图硅钢片B—H曲线,选B=1.1T时,H=4.5A/cm;若选B=1.3T,则H=9.5A/cm。
两点比较,H增加1倍,而B
仅增加18%。
三、磁滞性:当铁心线圈通入交变电流(方向和大小均变化)时,铁心受到交变磁化,所得的磁化曲线不再是上图所示那样B值和H值是一一对应的一条曲线,而是如右图所示的由两条磁化曲线组成的回线状磁化曲线。
在线圈反向电流逐渐减至零再逐渐增大为正向电流时(相应H值由b至0再到a),磁感应强度B沿由4→5→6→1点组成的曲线变化;在线圈正向电流逐渐减至零再反向电流逐渐增加时(相应H值由a
至0再到b),B沿由1→2→3→4点组成的曲线变化。
当H 已减到零值时,B值并未回到零值(相当于图中的2点和5点),即励磁电流已经不存在了,铁心仍有剩磁场Br,这种现象称为剩磁。
永久磁铁就是利用Br剩磁制成的。
欲使Br 值回零,必须加一定值的反向电流(对应为反向H值,相当于图的2点变到3点),此时相应的值称为矫顽力,记作Hc。
在交变磁化过程中,由于B值滞后于值回零的性质,故称磁材料具有磁滞性,相应的磁化曲线称为磁滞回线。
磁材料不同,其磁滞回线也不同,用途也不同,大体分为三类:
软磁材料。
Br值和Hc值均较小,磁滞回线较窄。
一般用作变压器、电动机、电磁铁等电气设备的铁心。
硅钢片、坡莫合金属此类。
硬磁材料。
Br值和Hc值均较大,磁滞回线较宽。
一般用作永久磁铁,制造扬声器及仪表表头。
碳钢、钴钢、铝镍钴,金等属此类。
矩磁材料。
它是指磁滞回线呈窄矩形的磁性材料,在很弱的外磁场作用下也能磁化饱和,去掉外磁场后,磁性仍保持饱和状态。
主要用作记忆元件及开关元件。
镁锰、铁淦氧属此类。