1.2 磁、电磁和电磁感应
1-26 什么叫磁场、磁路、磁力线?
磁铁可以使其附近的(但不一定要与之接触)磁针发生偏转。这说明磁铁周围的空间对磁针具有作用力。我们把对磁针具有作用力的空间称为磁场。
为了直观地描绘磁场,人们在磁场中常画出一种几何曲线,使这些曲线上每点的切线方向和这点的磁感应强度方向一致,这些曲线称磁力线。磁力线具有以下特点。
(1)在磁铁的外部,磁力线总是由N极出发,回到自身的S极或进入邻近磁铁的S极;在磁铁的内部,磁力线由S极到N极。
(2)磁力线互相不交叉,并且具有互相向侧面排挤的倾向,这就是同性磁极相斥的原因;磁力线具有缩短长度的倾向,这就是异性磁极相吸的原因。在电工技术中,为了获得强磁场,常将线圈绕在铁芯上。由于铁磁物质的磁导率比周围空气的磁导率大很多,所以磁力线分布可看成集中在铁磁物质内。通常,工程上把这种主要由铁磁物质所组成的,能使磁力线集中通过的整体称为磁路。
1-27 什么叫磁场强度、磁通、磁阻、电磁力?
把作用在磁路单位平均长度上的磁动势叫磁场强度。磁场强度是表示磁场强弱与方向的一个物理量,但它不包括磁介质因磁化产生的磁场。用公式表示为H=NI/n。式中,磁场强度的单位是安匝/米(At/m),线圈匝数是N,电流I的单位是安培(A),长度的单位是米(m)。
磁感应强度与垂直于磁场方向的面积的乘积叫磁通。以字母Φ表示,单位为韦伯(Wb)。公式表示为Φ=BS。式中,磁感应强度B的单位是韦伯/米2(Wb/m2),标准名为特斯拉简称特,面积S的单位是米2(m2)。
与电阻的意义相仿,磁阻是表示磁路对磁势建立磁通所起的阻碍作用,用符号Rm表示,单位为每亨(H-1)。
载流导体在外磁场中将受到力的作用,这种力称为电磁力。电磁力的大小与电流的大小及磁场强弱成正比,用公式表示为F=BILsinα,式中,电磁力F单位是牛(N),磁感应强度B的单位是特斯拉,通过导体的电流单位是安培(A),导体在磁场中的有效长度单位是米(m),α为I与B所夹锐角。
电磁力的方向与电流方向和磁场方向有关,通电导线在磁场中受力方向可以用左手定则来判断。
1-28 什么叫涡流?
涡流是感应电流的一种,置于变化磁场中的导电物体内部将产生感应电流,以反抗磁通的变化。这种电流以磁通的轴线为中心呈涡旋形态,故称涡流。
在电机、变压器设备中,由于涡流的存在,将使铁芯产生热损耗。同时,使磁场减弱造成电气设备效率的降低,容量不能充分利用。所以,多数交流电气设备的铁芯,都是用0.35~0.5mm厚、涂有绝缘漆的硅钢片叠成的,以增大涡流回路电阻,减少涡流。
涡流对变压器、电机等设备虽然有害,但其热效应也有有利的一面,可利用涡流为生产服务。如电度表就是利用涡流的作用使铝盘转动的。另外工业上利用它对大型铁部件进行加热或熔化金属(如感应电炉)等,在民用上如家用电磁炉。
1-29 什么叫电磁感应?
由变化的磁场在导体中产生电动势的现象,称电磁感应。由此产生的电动势称感应电动势。由感应电动势所推动的电流叫做感应电流,感应电流的方向与感应电动势的方向一致。
感应电动势可以用以下方法产生。
(1)使导体在磁场中做切割磁力线的运动,如直流发电机。
(2)移动导线周围的磁场,如交流发电机。
(3)交变磁场穿过线圈产生感应电动势,如变压器等静止设备。
1-30 什么叫楞次定律?
感应电流所产生的磁通,总是企图反抗原磁通的变化,即当原磁通增加时,感应电流所产生的磁通方向和原磁通的方向相反;当原磁通减少时,感应电流所产生的磁通方向和原磁通方向相同,这个规律就称为楞次定律。
1-31 磁路与电路比较有哪些相同与不同处?
磁路与电路比较有相同处有:(1)在电路中电流是电动势产生的,在磁路中磁通是由磁动势产生的;(2)电流经过电阻便产生电压降,磁通经过磁阻便产生磁压降;(3)在电路中,用欧姆定律表示电流、电阻和电压降之间的关系;在磁路中,则用磁路欧姆定律表示磁通、磁阻和磁动势之间的关系。
磁路与电路比较不相同处有:(1)电流代表电荷的移动,而磁通却不代表任何质点的移动。磁通通过磁阻时,不像电流通过电阻那样要消耗能量。维持恒定磁通也不需要消耗任何能量。在电路中可以有断路的情况,就是虽然有电动势的作用,但是电路中没有电流;在磁路中则没有断路的情况,只要有磁动势在,总会引起相应的磁通,磁通总是连续的;(2)在电路中,导电材料的电导率一般比绝缘材料大几千万倍以上,所以电路的漏电非常小,计算时可以忽略不计;在磁路中,铁磁性材料的磁导率一般比非铁磁材料的磁导率只大几千倍甚至更小,因此磁路中的漏磁现象比较严重,使磁路的计算具有较大的误差;(3)在电路中没有电动势时,电流等于零;而磁路中没有磁动势时,由于磁滞现象,总是或多或少在存在剩磁;(4)电路电阻一般都是线性电阻,而由于铁磁性材料具有磁饱和现象,所有磁路的磁阻都是非线性的,因此,磁路欧姆定律只能用来对磁路进行定性的分析。