電工基礎之磁場特性、右手定則以及磁感應強度

2021-01-10 工控窩

我們都知道自然界中能夠吸引鐵、鈷、鎳等物質的物體被稱為磁鐵。磁鐵具有南(S)極和北(N)極,磁鐵端部磁性最強,中央部分磁體較弱。且相同極性相互排斥,異極性相互吸引等性質,這些想像大家小時候玩磁鐵的時候已經有所了解,而下面就講講磁鐵磁場的特徵及電流磁場的方向等。

磁場特徵

我們這裡先以大家熟悉的磁鐵來了解一下磁場的特徵。在磁鐵周圍的空間中存在一種特殊的物質,它能表現一種力的作用,這一特殊物質就是磁場。磁場的大小強弱和方向可以用假象的磁力線來描繪,如右圖所示。就如圖中所描述的那樣,磁場磁力線有以下特徵:

1、磁力線是有方向的,在磁鐵外部磁力線的方向是有N(北)極出發再回到S(南)極,而在磁鐵內部,方向是S極指向N極。

2、磁力線的疏密表示了磁場的強弱,某點磁場的方向為改點切線方向。

3、磁力線總是閉合的。

4、磁力線互不相交,而且有相互排斥的特點。

但是,我們都知道磁鐵並不是磁場的唯一來源,當電流通過導線的時候,也會在導線的周圍產生磁場。

磁場方向(右手定則)

對於電流所長生的磁場,實驗和理論均已證明,磁場的強弱與電流的大小有關;電流越大,產生的磁場越強,磁場的方向則取決於電流的方向,一般用右手定則(也稱安倍定則、右手螺旋定則、安培右手定則)辨別通電導線的電流方向及其長生的磁場方向。下面就詳細介紹用右手定則辨別幾種常見通電導線磁場方向的方法。

如圖(a)所示為通電直導線,利用安培右手定則來判別其磁場方向的方式是:

先將右手握住指導線,使大拇指方向與導線中電流方向一致,則趨於四個手指的指向就表示磁場方向。

如果用磁力線表示導線電流的磁場,根據右手法則,通電直導線的磁力線就是以導線為中心的一組同心圓,如圖(b)所示。

對於通電的螺旋管,則與通電直導線情況相反,此時萬物的四個手指指向表示電流方向,而拇指指向就表示螺旋管內部的磁場方向(如下圖所示):

為了討論問題方便,常常上右圖所示的符號(圓中間一個×)表示導體中電流的方向是垂直紙面向裡,用⊙表示電流方向是垂直紙面向外(我們可以把他比作一直弓箭,弓箭尾部是羽毛×,弓箭頭看起來是一個點,所以看到點就是垂直紙面向外,看到尾部的×就說明方向是向裡了)

在前一節課中我們學習了電流的磁場及磁場方向與安培右手定則,了解了磁場和電場都是一種特殊的物質,是一種人的感覺器官無法看見,也無法觸摸到的。而為了描述磁場的性質,這裡給大家介紹幾個描述磁場性質基本物理量之一的:磁場強度(磁感應強度)。

磁感應強度(磁場強度)

定義:反應磁場強弱的物理量稱為磁感應強度(磁通密度),用大寫字母B表示,其定義為:在磁場中,垂直於磁場方向的通電導體受到的磁場作用與電流強度和導體長度乘積的比值,叫做通電直導線所在處的磁感應強度的大小。其數學表達式為:

上面的磁感應強度公式中:

F:表示載流導線所受的電磁力,單位:牛頓(N);

I:表示導線中通過的電流,單位:安倍(A);

L:表示與磁場方向垂直的導線長度,單位:米(m);

B:表示導線所在位置的磁感應強度,單位:特斯拉,簡稱特,以大寫字母「T」表示,或者韋伯/米2(Wb/m2)。

數量解釋:1特斯拉在數值上等於長度為1米並與磁場相垂直的導線,通過1安倍電流時,它所受的電磁力為1牛頓(N)時的磁場感應強度。磁感應強度B是個矢量,其方向就是磁針在磁場中某點靜止時N極別所指的方向。

若在磁場中的各點處,載流導線所受到的電場力F的大小相等,方向相同,這就表明磁場中各點的磁感應強度都相同。這樣的磁場稱為均勻磁場,對均勻磁場可用疏密均勻、方向相同的磁力線表示。

高斯與特斯拉單位換算

在工程計算中,磁感應強度的單位常用高斯(CGS制中磁感應強度或磁通量的單位),簡稱「高」,常用符號G或Gs表示。他與國際單位制中的特斯拉(T)的換算關係為:

1 G = 10-4 T=0.1 mT

1 T = 10000 G

一般永久磁鐵周圍的磁場,其B約為0.2~0.7特,變壓器鐵芯中的B磁場強度B的最大值可達0.9~1.8特。

磁通量定義、公式、單位

定義:在均勻磁場中,磁感應強度B和垂直於磁場方向的某一面積S的乘積,稱為通過這個面積的磁通量,用符號「Φ」表示。

因此可得知磁通量計算公式為:

上述公式中所代表的的具體含義分別是:

B:表示磁感應強度,單位(T)S:表示與磁力線方向垂直的面積,單位(m2)Φ:表示穿過S面積的磁通,單位(Wb)磁通量單位:

磁通量標示符Φ的國際單位制單位是韋伯,常以符號Wb表示。在電力工程計算中,也常採用麥克斯韋作單位,簡稱「麥」,韋伯和麥克斯韋之間的換算關係為:

1 麥克斯韋(Mx)= 1 高斯(Gs)×釐米2 = 10-8韋伯(Wb)

磁通密度

如果把磁感應強度B的大小和磁通量Φ與磁力線抽象的聯繫起來,則可認為磁通Φ在數值上就等於垂直通過該單位截面的磁力線條數。由磁通量計算公式Φ=BS得:

這樣,磁感應強度B的大小就等於通過單位面積上的磁力線條數。因此,磁感應強度大小又稱為磁通密度。由此得出一個結論:磁通密度是磁感應強度的一個別名,它表示垂直穿過單位面積的磁力線的多少。(注意筆者上面將Φ和B比作磁力線的描述中加粗的字體含義區別)

由此可知,B和Φ是從不同角度描述磁場性質的物理量。磁感應強度B是描述磁場中某點的磁場大小,而磁通量Φ是表示磁場中某一範圍內的磁場總體情況的物理量。磁感應強度B是矢量(有大小和方向的量叫矢量),而Φ是標量(只有大小而無方向的量叫標量)。在分析電磁現象時,應視具體情況而選用合適的量。

相關焦點

  • 磁場強度H和磁感應強度B,磁化強度M和磁極化強度J
    磁場強度H、磁感應強度B、磁化強度M和磁極化強度J是四個非常重要的基本概念,他們之間關聯但有時又很容易混淆。分清這四個概念對於磁材行業從業者是非常重要的,今天懂磁帝就為大家細說一下它們的身份和關係。1825年安培發表了安培定律,這是關於電流和電流所激發磁場的磁感線方向之間關係的定則。通過力學的測量可以得出長直導線外到導線距離相等的點,磁針感受到的「磁場」強度相同,距離不同的點「磁場」強度隨著距離成反比。
  • 如何學電工基礎:關於磁性材料的磁特性(二十三)
    例如曹老師在《電工基礎》課程中所提到的導磁塊、銑刨用強力電磁吸盤以及電磁起重機都是利用磁性材料高磁導率的特性得到廣泛使用。我們以通電線圈為例,如圖23-2所示,圖(a)中流過電流i的通電線圈在真空中時的磁場強度H和磁感應強度B關係與圖(b)中流過相同電流i的通電線圈內含有磁性材料介質時的磁場強度H和磁感應強度B關係不同。
  • 磁感應強度
    磁感應強度1、什麼是磁感應強度?答:磁感應強度是用來描述磁場的強弱和方向的物理量。
  • 如何學習電工基礎:物質的磁性(二十二)
    在之前學習磁場的基本物理量的時候也提到過,磁導率μ與磁場強度H和磁感應強度B之間存在著某種關係,即H=μB或H=B/μ。根據相對磁導率的定義,我們可以很快地推導出相對磁導率μ、磁場強度H與磁感應強度B之間的關係如圖22-2所示。
  • 高中物理:磁感應強度測量方法
    例1、如圖1所示,天平可用來測定磁感應強度,天平的右臂上掛有一矩形線圈,寬度為l,共N匝,線圈下端懸在勻強磁場中,磁場方向垂直紙面。 二、用動生電動勢公式E=BLv測磁感應強度B例2、為了控制海洋中水的運動,海洋工作者有時依靠水流通過地磁場產生的感應動勢以及水的流速測地磁場的磁感應強度向下的分量B,某課外活動興趣小組由四個成員甲、乙、丙、丁組成,前去海邊某處測量地磁場的磁感應強度向下的分量
  • 物理基礎要點:磁場、洛倫茲力
    3.磁感應強度 (1)定義:磁感應強度是表示磁場強弱的物理量,在磁場中垂直於磁場方向的通電導線,受到的磁場力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值,叫做通電導線所在處的磁感應強度,定義式B=F/IL.單位T
  • 電工基礎:磁路及磁路基本定律(24)
    #這次的學習內容主要是和磁路有關的基本概念與它的一些基本定律,在學習之前,建議大家回顧一下之前所學的電路的一些基本定律以及磁場的那些基本物理量喲,例如電路的基爾霍夫定律、磁通、磁導率等相關知識。如直流電機的磁路,通電導線繞制在定子鐵芯上,根據右手螺旋定則,四極電機的N極與S極兩兩構成磁路。交流接觸器的通電線圈產生的磁通也是沿著磁性材料構成通路。
  • 【高中物理】一些磁場類型、安培定則及實例的知識點點撥~
    (3)幾種典型磁場的磁感線的分布:右手螺旋定則判定通電直導線、環形電流、通電螺線管周圍的磁場分布。>磁感應強度的大小處處相等、方向處處相同。③在赤道平面上,距離地球表面相等的各點,磁感強度相等,且方向水平向北。
  • 高中物理會考知識點總結:磁場+電磁感應
    ④ 勻強磁場:磁感應強度的大小處處相等、方向處處相同.勻強磁場中的磁感線是分布均勻、方向相同的平行直線. 3.磁感應強度(1)定義:磁感應強度是表示磁場強弱的物理量,在磁場中垂直於磁場方向的通電導線,受到的磁場力F跟電流I和導線長度L的乘積IL的比值,叫做通電導線所在處的磁感應強度,定義式B=F/IL.單位T,1T=1N/(A·m).
  • 【知識點】電場,磁場
    m2/C2,Q1、 Q2:兩點電荷的電量(C),r:兩點電荷間的距離(m),方向在它們的連線上,作用力與反作用力,同種電荷互相排斥,異種電荷互相吸引}2.兩種電荷、電荷守恆定律、元電荷:(e=1.60×10-19C);帶電體電荷量等於元電荷的整數倍3.電場強度:E=F/q(定義式、計算式){E:電場強度(N/C),是矢量(電場的疊加原理),q:檢驗電荷的電量(C)}
  • 磁場安培右手定則,電產生磁安培分子電流假說
    (正確分析解答問題的關健)腦中要有各種磁源產生的磁感線的立體空間分布觀念;會從不同的角度看、畫、識 各種磁感線分布圖能夠將磁感線分布的立體、空間圖轉化成不同方向的平面圖(正視、符視、側視、剖視圖)33 磁場 安培右手定則:電產生磁 安培分子電流假說,磁產生的實質 (磁現象電本質 )奧斯特和羅蘭實驗安培左手定則 (與力有關 ) 磁通量概念一定要指明
  • 【物理】「磁場」知識點歸納
    3.磁感應強度(條件是L⊥B;在勻強磁場中或ΔL很小。)磁感應強度是矢量。單位是特斯拉,符號為T,1T=1N/(A*m)=1kg/(A*s2)4.磁感線(1)用來形象地描述磁場中各點的磁場方向和強弱的曲線。磁感線上每一點的切線方向就是該點的磁場方向,也就是在該點小磁針N 極受磁場力的方向。磁感線的疏密表示磁場的強弱。
  • 電磁學基礎:磁場對電流的作用
    一、磁場對通電直導線的作用1.把一段通電直導線放在磁場裡,它會受到磁場力的作用。2.通電導體在磁場裡所受力的方向,跟電流的方向和磁感線的方向有關。二、左手定則2.左手定則與安培定則的比較①.左手定則:大拇指所指方向是通電導體的受力方向,適用範圍為判定通電導體在磁場中的受力方向,已知磁場方向和電流方向,並將電能轉化為機械能。
  • 電工基礎:交流鐵芯線圈的功率損耗(26)
    這裡我帶大家簡單回顧一下磁滯的相關內容,這是之前學習磁性材料的磁特性時的內容,即當鐵心線圈通有交變電流時,鐵心將受到交變磁化,但當磁場強度H減少為零時,磁感應強度B並未回到零值,出現剩磁Br。這種磁感應強度滯後於磁場強度變化的性質稱為磁滯性。如圖26-2中這種在磁場強度周期性變化時,磁性物質由於磁滯現象的閉合磁化曲線叫做磁滯回線。
  • 老張談電機NO.1:磁場中的基本物理量
    在理解電機之前,我們先通過了解磁場中的基本物理量。【磁感應強度】電機的本質,其實離不開磁場。磁場是一種矢量場,導體通入電流時,周圍就會產生磁場。而磁感應強度B則是用來描述磁場的強弱和方向的。關於方向,可以用我們中學就學過的右手法則來確定。
  • 楞次定律右手定則_右手定則應用_右手定則用法
    可以用右手的手掌和手指的方向來記憶導線切割磁感線時所產生的電流的方向,即:伸開右手,使拇指與其餘四個手指垂直,並且都與手掌在同一平面內;讓磁感線從手心進入,並使拇指指嚮導線運動方向,這時四指所指的方向就是感應電流的方向。這就是判定導線切割磁感線時感應電流方向的右手定則。右手定則判斷線圈電流和其產生磁感線方向關係以及判斷導體切割磁感線電流方向和導體運動方向關係。
  • 聊聊磁體和磁場(下)
    筆者見到一本《電工原理》(人民鐵道出版社1974年版)書中介紹:磁鐵對銜鐵的吸引力F的大小是與磁感線穿過磁極的總面積S及兩者氣隙中的磁感應強度B的平方成正比的即:F∝B2S 。此公式適用於空氣隙間的磁通為均勻分布的狀態,也就是要求空氣隙很小的情況。如銜鐵與磁極距離較遠,則吸引力會變小,此式僅可做定性判斷。
  • 技術文章:磁芯的特性理解
    在線圈沒有磁芯的時候,給線圈通過一定的電流,根據電生磁原理,這時會有磁場穿過線圈,假定這時產生的磁場強度為H。如果這時候線圈中有磁芯,磁芯中的部分磁疇會在磁場強度H的作用下有序排列,這些磁疇會產生與原磁場方向相同的磁場,並且比H大的多,所以總的磁場會增大很多,二者疊加後的磁場強度稱為B。
  • 電磁學基礎:電流的磁場
    一、電流的磁效應1.概念通電導體周圍存在著磁場,磁場的方向與電流的方向有關,這種現象叫作電流的磁效應。通電螺線管的磁場①.通電螺線管的兩端跟條形磁體兩端的N、S極相似,具有磁體的特性。4.安培定則安培右手定則①.內容:用右手握住螺線管,讓四指彎向螺線管中的電流方向,則大拇指所指的那端就是螺線管的北極。
  • 高中物理:左手定則和右手定則知識點
    左手定則  可稱「電動機定則」,是判斷通電導線在磁場中的受力方向的法則,說的是磁場對電流的作用力,或者是磁場對運動電荷的作用力。  其內容是:  將左手放入磁場中,使四個手指的方向與導線中的電流方向一致,那麼大拇指所指的方向就是受力方向。