1.3 电磁知识

物体能够吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。具有磁性的物体称为磁体，磁体分天然磁体和人造磁体两大类。磁体两端磁性最强的部分称磁极，指北的磁极称北极（N），指南的磁极称南极（S）。任何磁体都具有两个磁极，而且无论把磁体怎样分割总保持有两个异性磁极。磁极之间的作用力通过磁场进行传递。

当两个磁极靠近时，它们之间也会产生相互作用的力： 同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。

1.3.1 磁场的产生

在磁体周围的空间中存在着一种特殊的物质——磁场。不仅磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这种现象称为电流的磁效应，如图1-20所示。

磁感应强度： 在磁场中，垂直于磁场方向的通电导线，所受电磁力 F 与电流 I 和导线长度 l 的乘积 Il 的比值称为该处的磁感应强度，用 B 表示。磁感应强度的单位是特斯拉，简称特，用符号T表示。磁感应强度是有方向的，它的方向就是该点的磁场的方向。磁感线的疏密程度可以大致反映磁感应强度的大小。在同一个磁场的磁感线分布图上，磁感线越密的地方，磁感应强度越大，磁场越强。

磁通： 在磁场中，磁感应强度 B 与垂直于磁场方向的面积 S 的乘积称为通过该面积的磁通。用 Φ 表示磁通，则有

磁通的单位是韦伯（简称韦），用Wb表示。由此可见磁感应强度等于穿过单位面积的磁通，所以磁感应强度又称为磁通密度，并且可用Wb/m ² 作为单位，1T=1Wb/m ² 。

磁导率： 是一个用来表示介质导磁性能的物理量，用 μ 表示，其单位为H/m。由实验测得真空中的磁导率 μ ₀ =4π×10 ^-7 H/m，为一常数。不同的介质对磁场的影响不同，影响的程度与介质的导磁性能有关，任一物质的磁导率与真空磁导率的比值称作相对磁导率。根据相对磁导率的大小，可以把物质分为三类：顺磁物质，相对磁导率稍大于1，如空气、铝、铬、铂等；反磁物质，相对磁导率稍小于1，如氢、铜等；铁磁物质，相对磁导率远大于1，可达几百甚至数万以上，且不是一个常数，如铁、钴、镍、硅钢、坡莫合金、铁氧体等。

1.3.2 磁场力的产生

1.磁场对通电直导体的作用

通常把通电导体在磁场中受到的力称为电磁力，也称安培力。通电直导体在磁场内的受力方向可用左手定则来判断。

把一段通电导线放入磁场中，当电流方向与磁场方向垂直时，导线所受的电磁力最大。利用磁感应强度的表达式 B = F/ （ Il ），可得电磁力的计算式为

2.通电平行直导线间的作用

两条相距较近且相互平行的直导线，当通以相同方向的电流时，它们相互吸引（见图1-21a）；当通以相反方向的电流时，它们相互排斥（见图1-21b）。

3.磁场对通电线圈的作用

磁场对通电矩形线圈的作用是电动机旋转的基本原理。

在均匀磁场中放入一个线圈，当给线圈通入电流时，它就会在电磁力的作用下旋转起来，如图1-22所示。

1.3.3 电磁感应

利用磁场产生电流的现象称为电磁感应现象，产生的电流称为感应电流，产生感应电流的电动势称为感应电动势。

1.楞次定律

在线圈回路中产生感应电动势和感应电流的原因是磁铁的插入和拔出导致线圈中的磁通发生了变化，如图1-23所示。

楞次定律指出了磁通的变化与感应电动势在方向上的关系，即：感应电流产生的磁通总是阻碍原磁通的变化。

2.法拉第电磁感应定律

如图1-23所示的实验，如果改变磁铁插入或拔出的速度，就会发现，磁铁运动速度越快，指针偏转角度越大，反之越小。而磁铁插入或拔出的速度，反映的是线圈中磁通变化的速度。即：线圈中感应电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。这就是法拉第电磁感应定律。

3.直导线切割磁感线产生感应电动势

感应电动势的方向可用 右手定则 判断，如图1-24所示。平伸右手，拇指与其余四指垂直，让磁感线穿入掌心，拇指指向导体运动方向，则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。

以上电与磁的关系，常称为电磁感应原理，发电机、电动机、变压器等大量设备都是利用电磁感应原理制成的。如发电机就是应用导线切割磁感线产生感应电动势的原理发电的，实际应用中，将导线做成线圈，使其在磁场中转动，从而得到连续的电流，如图1-25所示。