【正文】 體外部，磁感應線從 N 極出發(fā)，然后回到 S 極，在磁體內部，是從 S 極到 N 極，這叫做磁感應線的不可中斷性，如圖 2—2 所示。 2. 磁感應線互不相交這是因為磁場中任何一點磁場方向只有一個。3．磁感應線的疏密程度與磁場強弱有關。磁感應線稠密表示磁場強，磁感應線稀疏表示磁場弱。三、磁通、磁感應強度 為了描述磁場在上定面積上的分布情況而引入了磁通這一物理量。在磁場中，把通過與磁場方向垂直的某一面積的磁感應線的總數(shù)目，叫做通過該面積的磁通，用字母表示。磁通的單位是韋伯“簡稱韋，用 Wb 表示。?磁感應強度是用來表示磁場中各點磁場強弱和方向的物理量，用字母 B 表示。 垂直通過單位面積的磁感應線的數(shù)目叫做該點的磁感應強度。它既有大小，又有方向。在磁場中某點磁感應強度的方向，就是位于該點磁針北極所指的方向，它的大小在均勻磁場中可表示為： .. . . ..學習參考BS??式中 —一磁感應強度 (T)； B——磁通(Wb)；?——垂直于磁感應線方向通過磁感應線的面積( )。S 2m公式(2—1)說明磁感應強度的大小等于單位面積的磁通。如果通過單位面積的磁通越多，則磁感應線越密，磁場也越強，反之磁場越弱。磁感應強度的單位是韋/米 ，稱為特斯拉，簡稱特，用字母 T 表示。2四、磁導率實驗證明，鐵、鉆、鎳及其合金對磁場影響強烈，具有明顯的導磁作用。但是自然界絕大多數(shù)物質對磁場影響甚微，導磁作用很差。為了衡量各種物質導磁的性能，引入磁導率這一物理量，用字母 表示。磁導率的單位為亨利/米(H/m)。不同物質有不同的磁導率。?在其他條件相同的情況下，某些物質的磁導率比真空中的強，另一些物質的磁導率比真空中的弱。 經實驗測得真空的磁導率為 ，且是常數(shù)。7041H/m????為了便于比較各種物質的導磁性能，把各種性質的磁導率與真空中的磁導率進行比較，引人相對磁導率這一物理量。任何一種物質的磁導率與真空的磁導率的比值叫做相對磁導率，用以表示。即： 0r??相對磁導率沒有單位，只是說明在其他條件相同的情況下，物質的磁導率是真空磁導率的多少倍。 根據(jù)各種物質的磁導率的大小，可將物質分成三類。1 的物質叫做反磁物質，如銅、銀等； r?1 的物質叫做順磁物質，如空氣、鋁等；1 的物質叫做鐵磁物質，如鐵、鈷、鎳及其合金等。r由于鐵磁物質的相對磁導率很高，所以鐵磁物質被廣泛地應用于電工技術方面(如制作變壓器、電磁鐵。電動機的鐵心等)。表 2—1 中列出了幾種鐵磁物質的相對磁導率，供參考。表 2—1 幾種鐵磁物質的相對磁導率鐵磁物質名稱 相對磁導率 r?鈷 174.. . . ..學習參考鎳 1 120退火的鐵 7 000軟鋼 2 180硅鋼片 7 500鎳鐵合金 60 000坡莫合金 115 000167。2—2 電流的磁場一、通電直導線的磁場磁鐵周圍有磁場，通電直導線的周圍也有磁場。例如，一根直導線垂直穿過水平放置的紙板，在紙板上均勻地撒些鐵粉。當直導線通電時，鐵粉以導線為中心形成許多同心圓，如圖 2—3 所示：鐵粉的分布情況表示磁感應線分布情況。若直導線中電流消失，則紙板上的鐵粉又呈均勻分布。從而證明了“動電生磁”，即磁場是伴隨電流而存在的，而電流永遠被磁場所包圍。經實驗證明，磁場方向與電流方向有關。若直導線垂直紙面，電流向著讀者而來，則磁場方向是逆時針方向；若直導線上的電流是離開讀者而丟，則磁場方向為順時針方向，如圖 2—4a所示：為了討論問題方便起見；規(guī)定用符號， 分別表示電流或磁感應線垂直進人和流出紙面的方向。通電直導線周圍磁場方向與導線中的電流方向之間的關系可用安培定則(又稱右手螺旋定則)進行判定。其具體內容是：右手拇指指向電流方向，貼在導線上，其余四指彎曲握住直導線，則彎曲四指的方向就是磁感應線的環(huán)繞方向；如圖 2—4b 所示。.. . . ..學習參考實驗證明，通電直導線四周的磁感應線距直導線越近，磁感應線越密，磁感應強度越大，反之，磁感應線越疏 k 磁感應強度越小。導線中通過電流越大，靠近直導線的磁感應線越密集，磁感應強度越大；反之，導線中通過電流越小，靠近直導線的磁感應線越稀疏，磁感應強度越小。 二、通電螺線管的磁場 已經知道通電直導線周圍有磁場存在。若將通電直導線繞成多匝螺線管后，在它的周圍還有磁場存在嗎?為證實這個問題。將磁針放在螺線管附近科當螺線管不通電時，磁針沒有偏轉。當通電時，磁針發(fā)生偏轉。這就說明通電螺線管周圍有磁場存在。對于一個確定的螺線管，磁場的強弱與螺線管中所通過的電流大小成正比。通電螺線管磁場方向，與螺線管中通過的電流方向的關系，用右手螺旋定則進行判定，如圖 2—5 所示。右手螺旋定則的內容是：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向與螺線管中流過的電流方向一致，那么拇指所指的那一端就是螺線管的 N 極。由圖 2—5 可知，通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似。因此，一個通電螺線管相當于一塊條形磁鐵?？傊?，凡是通電的導線，在其周圍必定會產生磁場，從而說明電流與磁場之間有著不可分割的聯(lián)系。電流產生磁場的這種現(xiàn)象叫做電流的磁效應。三、磁場對載流直導線的作用通過前面學習已經知道，兩塊磁鐵之間有力的作用一載流直導線周圍也存在磁場，若將其放入磁場中，兩者之間也會產生力，現(xiàn)在用如圖 2—6 所示的實驗來證實這一問題。 在圖 2—6a 中，U 形磁鐵中水平放置一根直導線，它與磁感應線垂直。當導線上沒有電流通過時，導線在磁場里靜止不動。當導線上有電流通過，且背離讀者而去，則導線因想一想：如果將一個鐵磁性材料插入到線圈中，對線圈的磁場有什么影響?這一點會有什冬應用? .. . . ..學習參考受磁場作用而向左運動。若改變導線中的電流方向(見圖 2—6b)，即電流方向指向讀者，則導線受磁場作用向右運動。上述實驗說明載流直導線在磁場的作用下而產生運動。在磁極固定時，運動方向與電流方向有關；若導線中電流方向不變，只改變磁極方向，則導線的運動方向也發(fā)生改變。電動機就是利用載流導線在磁場中產生運動的原理制成的。 載流直導線在磁場作用下產生運動，而運動是在力的作用下產生的。載流直導線在磁場中所受到的力稱為電磁作用力，簡稱電磁力，用字母 F 表示。電磁力既有大小，也有方向。電磁力方向(即導線運動方向)、電流方向和磁場方向三者相互垂直。因為電磁力的方向與磁場方向及電流方向有關。所以，用左手定則(又稱電動機定則)來判定蘭者之間的關系。左手定則的內容是：伸平左手，使大拇指與其余四指垂直，手心對著 N 極，讓磁感應線垂直穿過手心，四指的指向代表電流方向，則大拇指所示的方向就是磁場對載流直導線的作用力方向，如圖2—7 所示。實驗證明，在勻強磁場中，當載流直導線與磁場方向垂直時，磁場對載流直導線作用力的大小，與導線所處的磁感應強度、通過直導線的電流以及導線在磁場中的長度的乘積成正比。即： FBIL?式中 ——磁感應強度(Wb/ )； B2m——直導線中通過的電流(A)； I——直導線在磁場中的長度(m)； L——直導線受到的電場力(N)。 F四、磁場對通電線圈的作用由于磁場對通電導線有作用力，因此，磁場對通電線圈也有力的作用。在均勻磁場中放置一個矩形通電線圈 abcd，如圖 2—8 所示。當線圈平面與磁感應線平行時，因為 ab 和 dc 邊與磁感應線平行，不受磁場作用，沒有電磁力，ad 和 bc 邊與磁感應線垂直，受磁場作用而有電磁力。根據(jù)左手定則，ad 邊的受力方向是垂直向上，而 bc 邊的受力方向是垂直向下。因為，ad=bc，根據(jù)公式(2—3)，可知，ad 和 bc 邊所受的.. . . ..學習參考電磁力大小相等。由于這一對電磁力大小相等，方向相反，所以構成一對力偶。故線圈在力偶的作用下，圍繞軸線 做順時針旋轉。如圖 2—8 所示是一個單匝線圈的直流電動39。O機的工作原理圖。167。2—3 電磁感應電和磁是可以互相轉化的。在一定條件下，電流能夠產生磁場；同樣，磁場也能使導線中產生電流。：磁轉化為電的現(xiàn)象叫做電磁感應。一、電磁感應現(xiàn)象 為了研究電磁感應現(xiàn)象，先做兩個實驗。實驗一：將直導線 AB 放在磁場中，它的兩端與檢流計連接構成閉合回路，如圖 2—6所示。當導線向右移動垂直切割磁感應線時，檢流計指針偏轉，如圖 2—9a 所示，表示導線中有電流產生；導線向左方垂直移動切割磁感應線時，檢流計指針也發(fā)生偏轉，但方向與前面的相反；如圖 2—9b 所示。導體不動，沒有切割磁感應線時，檢流計指針無偏轉，說明導線中沒有電流。通過實驗可以看到，導線的移動速度越快，檢流計指針偏轉越大，即電流越大。 實驗二：將線圈的兩端與一個檢流計連接而構成閉合回路，如圖 2—10 所示。.. . . ..學習參考當條形磁鐵插入線圈瞬間，線圈中的磁通量增加，檢流計指針向右偏轉。如圖 2—10a所示，說明線圈中磁通發(fā)生變化，線圈中有電流出現(xiàn)。若把條形磁鐵從線圈中拔出，在拔出瞬間，檢流計指針向相反方向偏轉，說明線圈中磁通也發(fā)生變化，線圈中也有電流出現(xiàn)，如圖 2—10b 所示。當條形磁鐵在線圈中停止運動時，檢流計指針無偏轉，線圈中磁通沒有變化，線圈中也沒有電流。如果條形磁鐵插人或拔出的速度越快，即磁通量變化得越快，則檢流計指針偏轉越大，反之，檢流計指針偏轉越小。上述兩個實驗說明，無論是直導線在磁場中作切割磁感應線運動，還是磁鐵對線圈作相對運動，都是由于運動使得穿過(直導線或線圈組成的)閉合回路中的磁通量發(fā)生了改變，因而在直導線或線圈中產生電動勢。若直導線或線圈構成回路，則直導線或線圈中將有電流出現(xiàn)?；芈分写磐康淖兓菍е轮睂Ь€或線圈中產生電動勢的根本原因，即“動磁生電” 。磁通量的變化越大，產生的電動勢越大。因磁通變化而在直導線或線圈中產生電動勢的現(xiàn)象，叫做電磁感應。由電磁感應產生的電動勢叫做感應電動勢。由感應電動勢在閉合電路形成的電流，叫做感應電流。二、法拉第定律 從如圖 2—10 所示的實驗中可知，感應電動勢的大小，取決于條形磁鐵插入或拔出的快慢，即取決于磁通變化的快慢。磁通變化越快，感應電動勢就越大；反之就越小。磁通變化的快慢，用磁通變化率來表示。例如，有一單匝線圈，在 時刻穿過線圈的磁通為 ，1t 1?在此后的某二時刻 ，穿過線圈的磁通為 ，那么在 這段時間內，穿過線圈的2t 2?2???磁通變化量為： 21因此，單位時間內的磁通變化量，即磁通變化率是： 21tt????在單匝線圈中產生的感應電動勢的大小是： et??式中的絕對值符號，表示只考慮感應電動勢的大小，不考慮方向。對手多匝線圈來說，因為通過各匝線圈的磁通變化率是相同的，所以每匝線圈感應電動勢大小相等。因此，多匝線圈感應電動勢是單匝線圈感應電動勢的 N 倍，即： et???式中 ——在 時間內感應電動勢的平均值(V)； et?.. . . ..學習參考——線圈匝數(shù)； N / ——磁通變化率； ??t ——線圈中磁通變化量 (Wb)； ——磁通變化 所用的時間(s)。t?公式(2—5)說明，當穿過線圈的磁通發(fā)生變化時，線圈兩端的感應電動勢的大小只與磁通變化率成正比。這就是法拉第定律。 想一想：上述規(guī)律可以用幾件簡單的元件、儀表進行驗證。 三、楞次定律 法拉第電磁感應定律，只解決了感應電動勢的大小取決于磁通變化率，但無法說明感應電動勢的方向與磁通量變化之間的關系。為了找出它們之間的規(guī)律，必須對前面的實驗再作進一步研究。 從圖 2—10 實驗中可以看到穿過線圈的原磁通的方向是向下的。 如圖 2—11a 所示，當磁鐵插入線圈時，線圈中的原磁通量增加，產生感應電動勢。感應電流由檢流計的正端流人。此時，感應電流在線圈中產生一個新的磁通。根據(jù)安培定則可以判定，新磁通與原磁通的方向相反，也就是說，新磁通阻礙原有磁通增加。如圖 2—1lb 所示，當磁鐵由線圈中拔出時，線圈中的原有磁通減少，產生感應電動勢，感應電流由檢流計的負端流人。此時，感應電流在線圈中產生一個新的磁通，根據(jù)安培定則判定，新磁通與原有磁通的方向是相同的，也就是說，新磁通阻礙原有磁通的減少。 經過上面的討論得出一個規(guī)律：線圈中磁通變化時