大学物理课件-磁场对载流导线的作用

磁场对载流导线的作用本章将探讨磁场对载流导线的力学作用，以及相关的物理定律和应用by什么是磁场？指南针磁铁地球磁场指南针是磁场最早的应用之一磁铁会吸引铁质物体，说明磁铁周围存在地球本身就是一个巨大的磁体，拥有自己磁场的磁场磁场的基本特性无形有方向磁场是一种看不见摸不着的物理磁场有方向，通常用磁感应线表现象它通过磁力对其他物体产示磁感应线从磁体的北极出发生影响，如磁铁或载流导体，指向南极磁感应线的方向代表磁场的方向可叠加多个磁场可以叠加在一起，形成一个新的磁场叠加后的磁场方向和大小取决于各个磁场的方向和大小磁场的表示方式磁场可以用以下两种方式表示•磁感应强度矢量•磁感应线磁感应强度矢量是一个向量，它的大小表示磁场的强度，方向表示磁场的方向磁感应线是一组曲线，它们的方向在每一点都与磁场的方向一致磁感应线的疏密程度反映了磁场的强弱磁感应强度的定义定义单位磁感应强度是用来描述磁场强弱程度的物理量，表示磁场对放入磁感应强度的单位为特斯拉T，1T=1N/A·m其中的磁体或载流导体所施加作用力的强弱程度磁感应强度的计算安培定律1利用安培定律计算闭合回路上的磁感应强度积分毕奥-萨伐尔定律2计算电流元产生的磁感应强度叠加原理3将电流元产生的磁感应强度叠加起来磁感应强度可以利用安培定律、毕奥-萨伐尔定律和叠加原理来计算，这些定律是计算磁场的基础，也是理解磁场的重要理论磁感应线的概念磁场方向磁场强弱闭合曲线磁感应线方向代表了磁场方向磁感应线密度表示了磁场强弱，密度越大磁感应线是闭合曲线，从磁体的N极出发，磁场越强，回到磁体的S极磁感应线的特点方向不闭合不相交疏密磁感应线的方向表示磁场的磁感应线不是封闭曲线，它在同一空间中，磁感应线不磁感应线的疏密反映了磁场方向，即小磁针在该点静止们从磁体的N极出发，终止会相交，因为磁场在某一点的强弱，磁感应线密集的地时N极所指的方向于S极只有一个方向方磁场较强，稀疏的地方磁场较弱电流对磁场的作用磁场力磁力线安培力123电流产生的磁场会与外部磁场相互磁场力的方向垂直于电流方向和磁电流对磁场的作用力被称为安培力作用场方向安培环路定律电流产生磁场环路积分电流会产生磁场，磁场的方向由右手螺旋定则决定沿着闭合回路绕磁场方向积分，等于该回路所包围电流的代数和导线中通电产生的磁场当电流通过导线时，导线周围会产生磁场磁场的方向可以用右手螺旋定则来确定将右手握住导线，大拇指指向电流方向，则四指指向磁场方向洛伦兹力的概念磁场对运动电荷的作用力洛伦兹力公式洛伦兹力是磁场对运动电荷的作用力，它的大小与电荷的电量、F=qvBsinθ，其中F为洛伦兹力，q为电荷量，v为电荷的速速度的大小和磁感应强度成正比，方向由左手定则决定度，B为磁感应强度，θ为速度方向和磁场方向之间的夹角洛伦兹力的作用方向左手定则伸开左手，使磁感线穿入掌心，四指指向电流方向，则拇指所指方向即为洛伦兹力的1方向右手定则2伸开右手，使磁感线穿入掌心，四指指向电流方向，则拇指所指方向即为洛伦兹力的方向右手螺旋定则3用右手握住导线，使四指指向电流方向，则大拇指所指方向即为磁场方向载流导线在磁场中的受力分析磁场力的方向受力分析由左手定则判断，伸开左手，使磁感线穿过手心，四指指向电流方向，则根据磁场力的方向和大小，可以分析出导线在磁场中所受的合力，并判断拇指所指的方向即为磁场力方向导线的运动趋势123磁场力的大小磁场力的大小与磁感应强度、电流大小、导线长度成正比，与导线与磁场方向的夹角的正弦成正比载流导线在磁场中的平衡条件合力为零力矩为零12当载流导线受到的磁场力和重当载流导线受到的磁场力和重力大小相等，方向相反时，导力产生的力矩大小相等，方向线处于平衡状态相反时，导线处于平衡状态稳定性3平衡状态可以是稳定的，也可以是不稳定的稳定的平衡状态是指当导线偏离平衡位置后，会自动恢复到平衡位置直流电动机的工作原理磁场电动机内部有固定磁场线圈通电线圈放在磁场中，会受到力的作用旋转线圈旋转，带动转轴转动，输出机械能交流电动机的工作原理旋转磁场1交流电通过定子绕组，产生旋转磁场，该磁场会与转子上的磁场相互作用转子旋转2转子上的磁场受到定子旋转磁场的吸引，使其转动能量转换3交流电能转化为机械能，驱动电动机工作发电机的工作原理磁场发电机使用一个强大的磁场来产生电力线圈一个导体线圈在磁场中旋转感应电流线圈的运动在导体中产生感应电流输出电力感应电流通过外部电路，产生电力电磁感应的概念变化的磁场感应电流当穿过闭合电路的磁通量发生变感应电流的方向由楞次定律决定化时，闭合电路中就会产生感应，它总是阻碍引起感应电流的磁电流通量变化感应电动势感应电流产生的原因是电路中产生了感应电动势，它的数值与磁通量变化率成正比法拉第电磁感应定律磁通量变化感应电动势方向当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电感应电流产生的原因是感应电动势，其大感应电流的方向由楞次定律决定，即感应路中就会产生感应电流小与磁通量变化率成正比电流的方向总是阻碍引起它产生的磁通量变化自感与互感的概念自感互感当电路中的电流发生变化时，电路本身会产生一个感应电动当两个线圈相互靠近时，其中一个线圈中的电流变化会在线势，这个现象称为自感圈中产生感应电动势，这种现象称为互感自感与互感的应用自感在电子电路中广泛应用于各种电感器互感则是变压器工作原理的基础，变压器自感和互感也应用于无线电传输中，例如，例如滤波器、振荡器、延迟线等可以改变交流电压，在电力传输中发挥重天线、无线电接收器等要作用变压器的工作原理电磁感应1利用电磁感应原理将交流电从一个电路传递到另一个电路磁芯2铁芯或铁氧体材料，用于增强磁场线圈3绕在磁芯上的线圈，用于产生和感应磁场变压器利用电磁感应原理改变交流电的电压和电流通过改变线圈的匝数，可以改变感应电压的大小变压器由两个线圈绕在一个共同的磁芯上，一个线圈称为原线圈，另一个线圈称为副线圈当交流电通过原线圈时，会产生变化的磁场，这个磁场会穿过副线圈，并在副线圈中感应出交流电根据电磁感应定律，感应电压的大小与线圈的匝数成正比，也就是说，副线圈的匝数越多，感应电压就越高变压器的效率分析10090100%90%理论上实际中电磁铁的工作原理电流产生磁场1当电流流过导线时，会产生磁场磁场集中2通过将导线绕成线圈，可以将磁场集中在中心区域铁芯增强磁场3在中心区域放置铁芯，可以极大地增强磁场强度电磁铁的应用电机扬声器12电磁铁是电机中不可或缺的一扬声器中的电磁铁可以将音频部分，它们用于产生旋转磁场信号转换为振动，从而发出声，驱动电机转动音磁悬浮列车3磁悬浮列车利用电磁铁产生强大的磁力，使列车悬浮在轨道上方，从而实现高速行驶磁性材料的种类铁磁材料亚铁磁材料顺磁材料抗磁材料铁磁材料具有很强的磁性，例亚铁磁材料的磁性比铁磁材料顺磁材料在磁场中会被弱磁化抗磁材料在磁场中会被弱磁化如铁、钴、镍等弱，例如磁铁矿，例如铝、铂等，但磁化方向与外磁场方向相反，例如水、铜等磁性材料的性能磁导率饱和磁化强度矫顽力磁导率是衡量材料导磁能力的指标，反饱和磁化强度是材料被磁化到最大程度矫顽力是指将磁化后的材料恢复到零磁映了磁性材料对磁场的敏感程度时所能达到的磁化强度化状态所需的磁场强度，反映了材料保持磁化状态的能力磁性材料的应用电子设备电机医疗磁性材料在硬盘、磁带、磁卡等电子设磁性材料是电机的重要组成部分，例如磁性材料在核磁共振成像（MRI）等医备中发挥着重要作用，用于存储和读取永磁电机和感应电机，用于产生磁场和疗设备中应用广泛，用于诊断和治疗疾信息驱动转子旋转病课堂小结本节课我们学习了磁场对载流导线的作用，包括磁场对通电导线的力，以及磁场对通电导线的力矩。