淺析 《電工學》中的“磁與電磁”

摘要：電和磁是兩種神奇的能量，它們之間不是孤立的，電能生磁，磁在一定條件下也能產生電?！峨姽W》中“磁與電磁”這一內容理論知識點多，而且各種定則、規律容易張冠李戴，給人雜亂的感覺。本文對“磁與電磁”這一內容中的知識點和各種定則、規律進行整理，在一定程度上幫助讀者減輕雜亂感，理順各種關系。

關鍵詞：磁與電磁 定則 關系

《電工學》是研究電磁現象及其基本規律在工程技術領域中應用的一門技術基礎課程。它研究的重點就是電現象和磁現象。電是一種很神奇的能量，電通過燈泡能使燈泡發光，通過電動機能使其轉動，并且還能轉換成聲音、圖片等信號。和電一樣磁也是一種很神奇的能量，根據磁同性相斥、異性相吸的基本性質制造出了磁懸浮列車，極大的方便了人類的生活。在歷史上很長的一段時間里，人們一直認為電和磁是相互孤立的存在。直到1820年，丹麥物理學家奧斯特通過實驗發現通電導體周圍存在磁場，這就是電流的磁效應，即電能生磁。既然電能生磁，人們不禁假想“磁能生電”么？經過長達十年的研究，英國物理學家法拉第于1831年證實了這個假想的肯定性，他發現變化的磁場能夠產生電動勢和電流，這就是電磁感應現象，即在一定條件下磁能生電。可見電和磁之間有著不可分割的聯系。

一、 磁場

具有磁性的物質我們把它叫做磁鐵。磁鐵顧名思義即對鐵有磁性，所以磁鐵的第一個基本性質就是具有吸引鐵屑和鐵制品的能力。無數實驗證明當把一塊磁鐵從南北極的分割線處折斷，原來的南極端或北極端又由南極和北極兩個極構成，無論把磁鐵分割成多么小都是由南極和北極構成，因此磁鐵的第二個基本性質是磁極總是成對出現的，具有不可分割性，磁極處磁性最強。當把同名磁鐵放在一塊會有排斥現象，而把異名磁鐵放在一起就會出現相互吸引的現象，磁鐵的第三個基本性質就是同性相斥、異性相吸。

沒有接觸到的磁鐵之間之所以會有吸引或者排斥現象，是因為磁鐵周圍存在磁場，磁場對放入它當中的磁鐵具有磁力的作用。我們把在磁鐵周圍肉眼看不見的磁力所作用的空間稱為磁場。磁場是看不見摸不著的，但又是真實存在的，為了形象地表示磁場的強弱和方向，人們引用了一簇有方向的曲線即磁力線來表示磁場。磁力線的疏密表示磁場的弱強，在某一點磁力線切線的方向表示該點磁場的方向。

為了對磁場進行定量的計算，引入了一些基本的物理量。磁通量（Φ）：磁路中通過的磁力線總數，單位是韋伯（Wb），它不能表示磁場的強弱。磁感應強度（B）：單位面積上通過的磁力線數目，可用它來表示磁場內各點磁場強弱，它的單位是特斯拉（T）。磁通量和磁感應強度之間滿足：Φ=BS 。

二、電流的磁場

電流的磁場即電能生磁。1820年7月奧斯特經過幾個月的深入研究發現電流具有磁效應，通電直導體和通電線圈周圍都存在磁場即電能生磁，通電直導體周圍磁場方向的判定應用單導體右手定則，通電線圈產生磁場方向的判定利用線圈右手定則。單導體右手定則和線圈右手定則合稱右手螺旋定則（注意：不叫右手定則），也叫安培定則。

三、 磁場對通電導體的作用

同性相斥、異性相吸，磁鐵之間存在力的作用，既然電流能夠產生磁場，在某種意義上電流就是一個磁體，將電流放進磁場中，電流應該會受到磁場對其力的作用。實驗表明，將通電導體放在磁場中，通電導體會受到磁場對它的作用力，這個作用力稱為電磁力也叫安培力。導體受安培力的大小為 F=BILsinα，導體所受安培力的方向利用左手定則來判斷。

四、 電磁感應

電磁感應即變磁生電。自從奧斯特實驗表明“電能生磁”以后，人們就一直在探究磁能否生電。英國物理學家法拉第在1831年通過實驗發現，變化的磁場能夠產生感應電動勢和電流，即磁能生電，這種現象叫做電磁感應現象。一般用兩種方法來獲得感應電動勢和電流，一種是導體切割磁力線的方法，另一種是磁鐵相對線圈運動的方法（改變線圈中磁通量）。導體切割磁力線時，導體中感應電動勢的大小可由法拉第電磁感應定律推導出來：e=Blvsinα ，感應電動勢的方向利用右手定則來判斷。磁鐵相對線圈運動時，線圈中感應電動勢的大小也可由法拉第電磁感應定律推導出來： ，判斷線圈中感應電動勢的方向時首先利用楞次定律（增反減同）判斷出感應電流產生的新磁場的方向，再利用右手定則由新磁場的方向判斷出感應電流、電動勢的方向。

五、 自感、互感與渦流

生活當中的自感、互感與渦流現象的本質都是電磁感應現象。線圈本身電流發生變化，而導致線圈磁通量發生變化引起的電磁感應現象稱為自感現象。自感電動勢的大小可由楞次定律推導出，但其也具有特殊性，自感電動勢的大小不僅與線圈本身電流的變化率有關，還與線圈的自感系數有關：，自感電動勢的方向根據楞次定律（線圈本身電流增大時，自感電動勢、電流的方向與線圈本身電流方向相反，當線圈自身電流減小時則感應電流、電動勢的方向與線圈本身電流方向相同）可以判斷出。相鄰倆線圈一個線圈中電流發生變化，而導致另一線圈的磁通量發生變化引起電磁感應現象稱為互感。交變磁通在鐵芯內產生感應電流的電磁感應現象叫渦流。

從以上可以總結出，判斷電流磁場方向時，利用右手螺旋定則；判斷電磁力方向時，利用左手定則；判斷單導體中感應電動勢、電流方向時利用右手定則。三個定則容易混淆，要弄清楚。

參考文獻：

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