一、带电导线产生的磁场方向

1.磁场和磁力线

带电的导线能吸引小磁针偏转,说明运动的电荷周围有一种特殊的物质,叫做磁场。磁场有两个特点:作用于磁铁、运动电荷和带电导体;它有能量,能对运动的带电导体做功。

用N极指向空间各点方向的光滑曲线连接小磁针,可以得到一系列曲线。这些曲线被称为磁感应线或磁感应线。

2.磁场方向的判断

(1)带电直线周围磁场的方向

通电直导线周围的磁感应线是以导线为圆心的一系列同心圆。离导线越近,磁场越强,磁感应线越密。磁场的方向用右手定则判断,如图。

直导体的右手定则

(2)带电导线框架中的磁场方向

带电单匝导线架内外都有磁场,架内磁场与架外磁场方向相反。判断盒子内磁场方向时用右手,如图。

线框右手法则

(3)通电螺线管的磁场方向

用右手判断螺线管的N极。如图,四个手指的弯曲方向就是螺线管导线的电流方向,大拇指所指的一端就是螺线管的N极。

螺线管右手定则

二、磁场中带电导线上的力

用左手定则可以判断磁场中带电导线受力的方向;张开左手,使拇指与其他四指垂直,拇指与四指在同一平面。让磁感应线垂直穿过手掌。四个手指指的方向是导线中的电流方向,拇指指的方向是通电导线受磁场作用的方向,如图。

弗莱明电机左手定则

当导线中的电流方向垂直于磁场方向时,导线上的力的大小为:

磁场中作用在导线上的力

当通电导线中的电流方向与磁感应线的夹角为时,导线上的作用力大小为:

磁场中作用在导线上的力

磁场中带电导体合力的方向

三、描述磁场的物理量。

1.磁感应强度

在磁场中的某一点,垂直于磁场方向的带电直导线所受的力F与带电导线的长度L和电流I的乘积之比,称为该点的磁感应强度。

磁感应强度用符号b表示,则

磁感应强度的计算公式

2.磁通量

垂直于平面并离开平面的直线称为平面的法线,如图所示。

通过闭合线圈的磁通量

在均匀磁场中,垂直于磁场方向的平面的面积s与磁感应强度b的乘积称为通过该平面的磁通量。磁性通用符号,则

磁通量

如果平面的法线与磁感应线之间的角度为,则穿过平面的磁通量为:

磁通量

四、电磁感应定律

1.电磁感应现象

如图,导线在磁场中切割磁感应线或通过线圈的磁通量发生变化时产生感应电动势;当感应电动势与电路相连形成闭合回路时,电路中就有电流存在,这种电流称为电磁感应。电磁感应形成的电流称为感应电流。

电磁感应的几种情况

2.感应电动势的大小

感应电动势的大小与线圈的匝数和通过线圈的磁通量的变化率成正比,这就是法拉第电磁感应定律。

感应电动势

(2)用楞次定律判断感应电动势的方向。

感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的变化,这就是楞次定律。

用楞次定律判断感应电动势的方法和步骤如下:

首先,确定引起感应电流的磁场的方向和强度如何变化;

根据楞次定律,确定感应电流产生磁场的方向;

用右手法则判断感应电流的方向;

感应电动势的方向是根据导体或线圈中的感应电流从负极流向正极的原理确定的。

当线圈L1接通电源,开关S闭合时,线圈L1的磁场方向如图(b)所示,磁场也通过线圈L2。当滑动电阻器RP的滑动触点D向左滑动时,线圈L1中的电流增加,因此引起感应电流的磁场增加。

根据楞次定律,当引起感应电流的磁场增强时,感应电流产生的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反。因此,感应电流产生的磁场方向如图(c)中的虚线所示。

用右手定则判断线圈L2中感应电流的方向,如图(d)所示,在线圈L2中从P端流向Q端。

根据线圈中感应电流从负极流向正极的事实,判断线圈L2中感应电动势的方向是从P指向Q,即P为负极,Q为正极。

判断感应电动势的方向

五、摘要

虽然这些磁场在某些电路设计中可能起不了多大作用,但是EMI和EMC对PCB设计很有帮助,这些内容在无线充电电路中非常有用。知道的多了,设计就更好了,学无止境。