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第4章 电磁学原理及应用
4.1.6磁路欧姆定律 磁路定义：磁通集中通过的闭合路径称为磁路。 1．磁路的形成 为了获得较强的磁感应强度，都用铁磁材料做成各种形状的闭合铁心。 图4-2是变压器、电机、电磁铁等设备的磁路。
（a） 变压器的磁路
（b）直流电机的磁路 （c）电磁继电器的磁路 图4-2 常见设备的磁路
图4-8 磁场对通电直导线的作用
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2.磁场对通电线圈的作用 （1）通电线圈在磁场中的受力分析
图4-9
磁场对通电线圈的作用
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（2）实验证明：在均匀磁场中放置一个可绕中心轴旋转的线圈，给线圈通电后，当 磁力线与线圈边框平行时，所受到的电磁力为零，此边称为无效边；而与磁力线 垂直的边受到的电磁力最大，此边称为有效边。 根据左手定则可知，两条有效边的受力方向正好相反且不在同一条直线上，因而形 成一对力偶，使线圈绕中心轴转动。 通电线圈在磁场中的转矩等于力偶中的任意一个力与力偶臂的乘积；即 M＝Ｆ１×Ｌ２＝BIS=Ф I 式中 M：线圈中受到的电磁转矩，单位为Ｎ×ｍ Ｂ：均匀磁场的磁感应强度，单位为Ｔ Ｉ：线圈中的电流，单位为Ａ Ｓ：线圈的面积，单位为㎡ 如图，若线圈线圈转角为α ，则线圈的转矩为 M= BIScosα 上式为单匝线圈的转矩表达式，如果矩形线圈匝数为N，则转矩为 M =NBIScosα
图4-1 磁力线
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5.磁场的应用 在现代科学技术和人类生活中，处处可遇到磁 场，发电机、电动机、变压器、电报、电话、 收音机以至加速器、热核聚变装置、电磁测量 仪表等无不与磁现象有关。甚至在人体内，伴 随着生命活动，一些组织和器官内也会产生微 弱的磁场。 地球的磁级与地理的两极相反。
（a）电流方向相同 （b）电流方向相反 图4-7 安培实验
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1．磁场对通电直导线的作用 试验证明：在均匀磁场中，通电导体受到一个力（即电磁力）的作用，其 大小与磁感应强度Ｂ成正比，与导体中电流成正比，与导体在磁场中的 有效长度成正比， 即Ｆ＝BIL 单位：Ｆ—牛顿（Ｎ） Ｉ—安培（Ａ） Ｌ—米（ｍ） 载流直导体在磁场中的受力方向可用左手定则判断：将左手伸开，拇指与 四指相互垂直，让磁力线垂直穿过手心，四指指向电流方向，则拇指所 指的方向就是导体受力的方向。
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2.工作原理设计要求 通过转盘上遮罩和转盘不停的转动，使霍尔元件可送出连续的方波 信号，其工作原理见图4-12。
序 工作步骤（磁场环境） 号 1 当半导体元件开 始 被暴露在磁场环 境中时，通过此元件 将感应出电压(霍尔 电压) 当元件被完全处于磁 场中时 当元件开始被隔离于 磁场时 分析电压变化
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3.磁场对通电半导体元件的作用 实验证明：霍尔效应中产生的电压VH (霍尔电压)的大小与通过半导体 基片的电流IH，和磁场的磁感应强度B成正比．与基片的厚度d成反比
VH RH I H B d
式中 V H——霍尔电压，单位为V R H——霍尔系数，单位为m／c IH——电流，单位为A B——磁感应强度，单位为T d——基片厚度，单位为m 由上式可知，当通过半导体基片的电流IH 为一定时，霍尔电压与磁感应 强度B成正比，即霍尔电压随磁感应强度大小而变化。汽车电子点火系统 中的霍尔点火信号发生器就是利用霍尔效应原理制成的。
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2.磁路欧姆定律 在磁路中，磁通与产生磁通的磁源（磁通势）成正比， 与磁路的磁阻成反比，这就是磁路欧姆定律，即
NI R
式中 N—线圈匝数 I——励磁电流 Rm——磁阻
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工作任务：分析制动油面开关的工作原理 1.构造描述 图4-3为一制动总泵储油室内的制动油面开关构造。在长玻璃管内，放入两 块薄片状的强磁性体金属片作为触点开关，玻璃管内封入惰性气体，以 防止触点表面腐蚀。 2.工作目标 分析制动油面开关的工作原理 （1）当储油油面位在正常高度A时，警示灯不亮。 （2）当储油油面低于规定高度B时，警示灯点亮。
2 3
4
当半导体元件离开了 磁场范围时
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4.工作评价 小组讨论，老师和师傅给出评价表
序 号
工作目标评价
自评
互 评
师评
1
2 3 4 5
是否能够掌握霍尔效应理论
分析各元件作用时，应用霍尔 理论是否恰当 能否与同学设计新的元件 设计思路是否有独创性 能否与同学进行良好的沟通
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工作任务：用霍尔效应分析霍尔组件的工作原理 1.构造描述 图4-11为霍尔效应装置常用在汽车点火系统中， 它可以为晶体管点火系统提供触发信号 霍尔效应装置常使用在汽车点火系统中，霍尔 效应装置可以为晶体管点火系统提供触发信号。
(a) 霍尔组件及波形
(b) 霍尔效应组件 图4-11 霍尔效应装置
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4.1.4铁磁物质的性质 1.高导磁性 2.磁饱和性 3.磁滞性 4.1.5铁磁材料的分类 1．软磁材料：特点是易磁化也易去磁，常用作电气设备的铁 心，如硅钢、铸钢、纯铁等。 2．磁材料：特点是不易磁化也不易去磁，常用来制造各种形 状的永磁铁、扬声器磁钢。 3．距磁材料：特点是较小的外磁场就能使磁化达到饱和，去 到外磁场仍能保持饱和。用于电子计算机存储器的磁芯登 记忆元件。
本章内容
磁场及磁路 4.2 电流的磁效应 4.3电磁感应 4.4点火线圈 4.5电磁铁和继电器
4.1
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理论知识要点 1.历史人物
迈克尔·法拉第(Michael Faraday,1791—1867年) 是19世紀电磁学领域中最伟大的实验物理电家。由 于家境贫苦，他只在7岁到9岁读过两年小学。法拉 第的贡献之一是提出了场的概念。他反对超距作用 的说法，设想带电体、磁体周围空间存在一种物质， 起到传递电、磁力的作用，他把这种物资称为电场、 磁场．1852年，他引入了电力线(即电场线)、磁力 线(即磁感线)的概念，并用铁粉显示了磁棒周围的 磁力线形状。场的概念和力线的模型，对当时的传 统观念是一个重大的突破。为了纪念他，用他的名 字命名电容的单位——法拉。
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4.1.3磁场基本物理量 1.磁通量 磁场强度一般用磁力线表示。 定义：磁场中垂直穿过某一截面积S的磁力线总数为穿过该面 积的磁通量，简称磁通用Φ 表示，单位：Wb(韦伯)。 2.磁感应强度B 定义：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理量，是个矢量。 规定：其值等于垂直于B矢量的单位面积的磁力线数。单位： 特斯拉（T）即韦伯/米2 1T=1Wb/m2 计算公式： B （1）
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5.学习体会
序 号 1
问题 为什么说法拉第电磁场概念的建立 改变人们的传统观念，开辟了电磁 理论的新纪元？ 通过法拉第磁力线概念的创立，形 象思维在科学研究中起到了什么作 用？ 你还有哪些要求与设想? 请同学们 大胆创新，共同研讨，培养创造力。
解答
2 3
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第四章
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学习意义

利用电磁场基本原理人们开发了许多电气元件，完成本章的 学习后，你将能够掌握电磁场的一些基本概念，以及变压器、 电磁铁、继电器的结构和工作原理，并能够举出实例解释汽 车上这些电磁器件的应用实例。
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4.1.2磁场及其性质 1.磁场 定义：电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态 的物质。能够产生磁力的空间存在着磁场 ，磁体周围存在磁场，磁体间 的相互作用就是以磁场作为媒介的。 2.性质：磁场是由运动电荷或变化电场产生的。 3.磁场方向：规定小磁针的北极在磁场中某点所受磁场力的方向为该电磁 场的方向。 4.磁感线（磁力线）：在磁场中画一些曲线，使曲线上任何一点的切线方 向都跟这一点的磁场方向相同，这些曲线叫磁力线。如图4-1所示。
--- 掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律 --- 掌握磁场、磁路的基本概念 --- 掌握电磁铁、继电器的结构和类型 --- 掌握点火线圈的结构和工作原理 --- 了解汽车上电磁铁和继电器的应用实例 --- 能够利用电磁场理论解释点火线圈在汽车 上的 用
学习目标
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S
（2）对于电流产生的磁场，磁感应强度的方向和电流方向满 足右手螺旋定则，其大小为:
B
F LI
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3.磁导率μ 定义：衡量物质导磁能力大小的物理量。 大小：真空中的磁导率用μ 0表示，实验测得μ 0为一常 数。非铁磁性物质的μ 近似等于μ 0。 而铁磁性物质 的磁导率很高，μ >>μ 0。 单位：亨/米（H/m） 4.磁场强度 定义：在任何磁介质中，磁场中某点的磁感应强度B与同 一点的磁导率μ 的比值称为该点的磁场强度H ，即： H=B/μ 。 单位：安/米（A/m）
（a）磁感线
图4-6
（b）右手螺旋定则 通电线圈的磁场
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