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工程电磁场恒定磁场课件
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目录
第一章
恒定磁场基础
第二章
恒定磁场的产生
第四章
恒定磁场的应用实例
第三章
恒定磁场的计算方法
第六章
恒定磁场的工程问题
第五章
恒定磁场的测量技术
恒定磁场基础
第一章
磁场的定义
磁场是磁体或电流周围空间存在的一种特殊物质,能对其中的磁性物质或载流导体产生力的作用。
磁场的概念
磁场具有方向性和大小,通常用磁力线来形象表示磁场的方向和强度分布。
磁场的性质
磁场主要来源于运动的电荷,如电流,以及磁性材料的固有磁性,如永久磁铁。
磁场的来源
01
02
03
磁场的物理特性
磁场方向
磁场方向由磁力线的方向表示,通常从北极指向南极,决定了磁体间相互作用的方向。
磁场强度
磁场强度是衡量磁场强弱的物理量,通常用符号H表示,单位为安培每米(A/m)。
磁通量密度
磁通量密度B描述了磁场中某点的磁感应强度,单位为特斯拉(T),是磁场能量密度的度量。
磁导率
磁导率μ是介质对磁场的响应程度,决定了磁场线在介质中传播的难易程度,单位为亨利每米(H/m)。
磁场的数学描述
磁场强度H和磁通量Φ是描述磁场的基本物理量,它们通过安培环路定律和法拉第电磁感应定律相互关联。
磁场强度与磁通量
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毕奥-萨伐尔定律是计算恒定电流产生的磁场的基础,它表明电流元产生的磁场与距离和电流强度成正比。
毕奥-萨伐尔定律
02
磁场的矢量势A是磁场的另一种数学描述方式,它与磁场强度H和磁感应强度B之间存在数学关系。
磁场的矢量势
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恒定磁场的产生
第二章
恒定电流产生磁场
根据安培环路定理,恒定电流通过导线时会在其周围产生磁场,磁场强度与电流大小成正比。
安培环路定理
右手定则用于判断恒定电流产生的磁场方向,将右手拇指指向电流方向,其余四指所指即为磁场方向。
右手定则
长直导线中的恒定电流会产生一个以导线为中心的圆周磁场,距离导线越远,磁场强度越弱。
长直导线磁场
当恒定电流通过紧密绕制的螺线管时,内部形成近似均匀的磁场,外部磁场则几乎可以忽略不计。
螺线管磁场
永久磁铁的磁场
永久磁铁的磁场来源于材料内部的电子自旋和轨道运动产生的磁矩。
磁铁的磁性来源
永久磁铁由许多微小的磁畴组成,每个磁畴内的磁矩排列一致,形成宏观的磁性。
磁畴结构
通过外部磁场作用,可以改变磁畴的排列,使材料达到饱和磁化状态,产生恒定磁场。
磁化过程
永久磁铁产生的磁场具有闭合的磁力线,且在磁极附近磁力线最为密集。
磁力线特性
磁场的叠加原理
当多个直线电流共存时,它们产生的磁场在空间任意点的磁感应强度是各自单独存在时的矢量和。
01
直线电流的叠加
多个环形电流在空间某点产生的磁场,等于每个环形电流单独存在时在该点产生的磁场矢量和。
02
环形电流的叠加
螺线管内部的磁场可以看作是多个环形电流叠加的结果,其内部任意点的磁场由所有环形电流共同决定。
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螺线管磁场的叠加
恒定磁场的计算方法
第三章
安培环路定理
安培环路定理表明,恒定磁场中穿过任意闭合环路的电流总和与该环路的磁场强度积分成正比。
安培环路定理的定义
在工程电磁场中,安培环路定理用于计算长直导线、圆形回路等简单几何形状的磁场分布。
安培环路定理的应用
安培环路定理仅适用于恒定电流产生的恒定磁场,不适用于变化磁场或非恒定电流的情况。
安培环路定理的局限性
磁场强度的计算
毕奥-萨伐尔定律
安培环路定理
应用安培环路定理计算闭合路径上的磁场强度,通过电流和路径的几何关系得到结果。
使用毕奥-萨伐尔定律计算点电流源产生的磁场强度,适用于无限长直导线等简单几何形状。
磁偶极子模型
对于磁偶极子,通过计算其磁矩和距离的关系来确定磁场强度,常用于分析小尺度磁性材料。
磁通量与磁动势
磁通量的定义
磁通量是衡量磁场穿过某一面积的量,其计算公式为磁通量=磁场强度×面积×余弦角度。
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磁动势的概念
磁动势是产生磁场的力,它与电流和线圈的匝数成正比,是分析电磁设备工作原理的关键参数。
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法拉第电磁感应定律
法拉第定律说明了磁通量变化与感应电动势之间的关系,是计算恒定磁场中感应现象的基础。
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安培环路定律
安培环路定律描述了电流与磁场之间的关系,是计算磁动势和磁场分布的重要工具。
恒定磁场的应用实例
第四章
电磁铁的工作原理
电磁铁由线圈和铁芯组成,通电后线圈产生磁场,铁芯增强磁场强度。
电磁铁的基本构造
磁悬浮列车利用电磁铁的原理,通过控制电流产生强磁场,实现列车的悬浮和推进。
电磁铁的应用实例
根据安培环路定理,通过线圈的电流大小直接影响电磁铁产生的磁场强度。
电流与磁场的关系
电机中的磁场分析
直流电机中,恒定磁场由永久磁铁或电磁铁产生,确保电机转子的稳定旋转。
直流电机的磁场
感应电机利用旋转磁场与转子导体的相对运动产生感应电流,进而产生转矩。
感