1.磁體與磁感線
將一根磁鐵放在另一根磁鐵的附近,兩根磁鐵的磁極之間會(huì)產(chǎn)生互相作用的磁力,同名磁極互相排斥,異名磁極互相吸引。磁極之間相互作用的磁力,是通過(guò)磁極周?chē)拇艌?chǎng)傳遞的。磁極在自己周?chē)臻g里產(chǎn)生的磁場(chǎng),對(duì)處在它里面的磁極均產(chǎn)生磁場(chǎng)力的作用。
磁場(chǎng)可以用磁感線來(lái)表示,磁感線存在于磁極之間的空間中。在一般情況下,磁感線不能被阻擋或隔絕,它可以穿過(guò)任何物質(zhì),可以穿過(guò)磁鐵及其周?chē)臻g形成閉合環(huán)路,磁感線的方向從北極出來(lái),進(jìn)入南極,磁感線在磁極處密集,并在該處產(chǎn)生最大磁場(chǎng)強(qiáng)度,離磁極越遠(yuǎn),磁感線越疏。
2.磁場(chǎng)與磁場(chǎng)方向判定
磁鐵在自己周?chē)目臻g產(chǎn)生磁場(chǎng),通電導(dǎo)體在其周?chē)目臻g也產(chǎn)生磁場(chǎng)。
通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感線(磁場(chǎng))方向可用安培定則(也叫右手螺旋法則)來(lái)判定:用右手握住導(dǎo)線,讓伸直的大拇指所指的方向跟電流方向一致,那么彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向。
通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)磁感線是一些圍繞線圈的閉合曲線,其方向也可用安培定則來(lái)判定:讓右手彎曲的四指和線圈電流的方向一致,那么伸直的的拇指所指的方向就是線圈中心軸線上磁感線的方向。
3.1.2磁場(chǎng)中的基本物理量
1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B
磁感應(yīng)強(qiáng)度B是表征磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量??捎么鸥芯€的疏密程度來(lái)表示,磁感線的密集度稱(chēng)為磁通密度。在磁感線密的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度大,在磁感線疏的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度小。磁感應(yīng)強(qiáng)度也可用通以單位電流的導(dǎo)線的電流方向與磁場(chǎng)垂直時(shí),導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力的大小來(lái)表示。B是矢量,其方向與產(chǎn)生它的電流方向之間成右螺旋關(guān)系,其大小定義為
(3.1)
式中,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,單位為特斯拉(T),工程上常采用高斯(Gs)。1Gs =
T。F為導(dǎo)線所受的力(N.m),l為導(dǎo)線的長(zhǎng)度(m),I為導(dǎo)線中通過(guò)的電流(A)。
磁感應(yīng)強(qiáng)度B可用專(zhuān)門(mén)的儀器來(lái)測(cè)量,如高斯計(jì)。
2.磁通量
磁通可以用通過(guò)與磁感線相垂直的某一截面A的磁感線總數(shù)來(lái)表示。若磁場(chǎng)中各點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度相等(大小與方向都相同),則為勻強(qiáng)磁場(chǎng)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積A的乘積,稱(chēng)為通過(guò)該面積的磁通量Φ,即

磁通量Φ的單位為韋伯(Wb),工程上有時(shí)用麥克斯韋(Mx)。1Wb=
Mx。
3.磁導(dǎo)率
實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱程度除了與電流大小及線圈匝數(shù)(磁通勢(shì))有關(guān)外,還與線圈中的介質(zhì)(即線圈內(nèi)所放入的物質(zhì))有關(guān)。如線圈內(nèi)放入銅、鋁、木材或空氣等物質(zhì)時(shí),則線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)基本不變,如放入鐵、鎳、鈷等物質(zhì)時(shí),線圈中的磁場(chǎng)在外磁場(chǎng)的作用下顯著增強(qiáng)。
工程上用磁導(dǎo)率
來(lái)表示各種不同材料導(dǎo)磁能力的強(qiáng)弱。磁導(dǎo)率單位為H/m(亨/米)。真空中的磁導(dǎo)率是一個(gè)常數(shù),用
表示,即

空氣、木材、玻璃、銅、鋁等物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率非常接近。其他任一媒質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率的比值稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率,用
r表示,即

相對(duì)磁導(dǎo)率
r無(wú)量綱,不同材料的相對(duì)磁導(dǎo)率
r相差很大,如表3.1所示。由表中可見(jiàn)鑄鋼、硅鋼片、鐵氧磁體及坡莫合金等磁性材料的相對(duì)磁導(dǎo)率比非磁性材料要高
倍,因而在電機(jī)、變壓器、電器及電子技術(shù)領(lǐng)域中均被廣泛采用。
表3.1不同材料的相對(duì)磁導(dǎo)率
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材料名稱(chēng) |
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空氣、材料、銅、鋁、橡膠、塑料等 |
1 |
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鑄鐵 |
200~400 |
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鑄鋼 |
500~2200 |
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硅鋼片 |
6000~7000 |
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鐵氧磁體 |
幾千 |
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坡莫合金 |
約十萬(wàn) |
5.磁場(chǎng)強(qiáng)度H
磁場(chǎng)中各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與媒質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),因此使磁場(chǎng)的計(jì)算顯得比較復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,便引入磁場(chǎng)強(qiáng)度H,一個(gè)與周?chē)橘|(zhì)無(wú)關(guān)的物理量。在磁場(chǎng)中,各點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小只與電流的大小和導(dǎo)體的形狀有關(guān),而與媒質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。H的方向與B相同,在數(shù)值上
(3.4)
此式H的單位為安/米(A/m)。
