《家电维修基础》2-2 电流的磁场

2017年3月3日13:41:40 评论 20,090 1934字阅读6分26秒

§2—2 电流的磁场

一、通电直导线的磁场

磁铁周围有磁场,通电直导线的周围也有磁场。例如,一根直导线垂直穿过水平放置的纸板,在纸板上均匀地撒些铁粉。当直导线通电时,铁粉以导线为中心形成许多同心圆,如图2-3所示:铁粉的分布情况表示磁感应线分布情况。若直导线中电流消失,则纸板上的铁粉又呈均匀分布。从而证明了“动电生磁”,即磁场是伴随电流而存在的,而电流永远被磁场所包围。经实验证明,磁场方向与电流方向有关。若直导线垂直纸面,电流向着读者而来,则磁场方向是逆时针方向;若直导线上的电流是离开读者而丢,则磁场方向为顺时针方向,如图2-4a所示:为了讨论问题方便起见;规定用符号"⊕""⊙",分别表示电流或磁感应线垂直进人和流出纸面的方向。

电直导线周围磁场方向与导线中的电流方向之间的关系可用安培定则(又称右手螺旋定则)进行判定。其具体内容是:右手拇指指向电流方向,贴在导线上,其余四指弯曲握住直导线,则弯曲四指的方向就是磁感应线的环绕方向;如图2-4b所示。

实验证明,通电直导线四周的磁感应线距直导线越近,磁感应线越密,磁感应强度越大,反之,磁感应线越疏k磁感应强度越小。导线中通过电流越大,靠近直导线的磁感应线越密集,磁感应强度越大;反之,导线中通过电流越小,靠近直导线的磁感应线越稀疏,磁感应强度越小。

二、通电螺线管的磁场

已经知道通电直导线周围有磁场存在。若将通电直导线绕成多匝螺线管后,在它的周围还有磁场存在吗?为证实这个问题。将磁针放在螺线管附近科当螺线管不通电时,磁针没有偏转。当通电时,磁针发生偏转。这就说明通电螺线管周围有磁场存在。对于一个确定的螺线管,磁场的强弱与螺线管中所通过的电流大小成正比。

通电螺线管磁场方向,与螺线管中通过的电流方向的关系,用右手螺旋定则进行判定,如图2-5所示。

右手螺旋定则的内容是:用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向与螺线管中流过的电流方向一致,那么拇指所指的那一端就是螺线管的N极。由图2-5可知,通电螺线管的磁场与条形磁铁的磁场相似。因此,一个通电螺线管相当于一块条形磁铁。

想一想:如果将一个铁磁性材料插入到线圈中,对线圈的磁场有什么影响?这一点会有什冬应用?

三、磁场对载流直导线的作用

通过前面学习已经知道,两块磁铁之间有力的作用一载流直导线周围也存在磁场,若将其放入磁场中,两者之间也会产生力,现在用如图2-6所示的实验来证实这一问题。

在图2-6a中,U形磁铁中水平放置一根直导线,它与磁感应线垂直。当导线上没有电流通过时,导线在磁场里静止不动。当导线上有电流通过,且背离读者而去,则导线因受磁场作用而向左运动。若改变导线中的电流方向(见图2-6b),即电流方向指向读者,则导线受磁场作用向右运动。上述实验说明载流直导线在磁场的作用下而产生运动。在磁极固定时,运动方向与电流方向有关;若导线中电流方向不变,只改变磁极方向,则导线的运动方向也发生改变。电动机就是利用载流导线在磁场中产生运动的原理制成的。

载流直导线在磁场作用下产生运动,而运动是在力的作用下产生的。载流直导线在磁场中所受到的力称为电磁作用力,简称电磁力,用字母F表示。电磁力既有大小,也有方向。

电磁力方向(即导线运动方向)、电流方向和磁场方向三者相互垂直。因为电磁力的方向与磁场方向及电流方向有关。所以,用左手定则(又称电动机定则)来判定兰者之间的关系。

左手定则的内容是:伸平左手,使大拇指与其余四指垂直,手心对着N极,让磁感应线垂直穿过手心,四指的指向代表电流方向,则大拇指所示的方向就是磁场对载流直导线的作用力方向,如图2-7所示。

实验证明,在匀强磁场中,当载流直导线与磁场方向垂直时,磁场对载流直导线作用力的大小,与导线所处的磁感应强度、通过直导线的电流以及导线在磁场中的长度的乘积成正比。即:

公式23:

\(F=BIL\)

式中 B 代表磁感应强度(Wb/m²); I 代表直导线中通过的电流(A); L 代表直导线在磁场中的长度(m); F 代表直导线受到的电场力(N)。

四、磁场对通电线圈的作用

由于磁场对通电导线有作用力,因此,磁场对通电线圈也有力的作用。在均匀磁场中放置一个矩形通电线圈abcd,如图2-8所示。

当线圈平面与磁感应线平行时,因为ab和dc边与磁感应线平行,不受磁场作用,没有电磁力,ad和bc边与磁感应线垂直,受磁场作用而有电磁力。根据左手定则,ad边的受力方向是垂直向上,而bc边的受力方向是垂直向下。因为,ad=bc,根据公式(23),可知,ad和bc边所受的电磁力大小相等。由于这一对电磁力大小相等,方向相反,所以构成一对力偶。故线圈在力偶的作用下,围绕轴OO´线做顺时针旋转。如图2-8所示是一个单匝线圈的直流电动机的工作原理图。

 

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