電工基礎:磁場的基本概念與基本物理量(十七)

電，無處不在，不說我們的日常生活離不開電的應用，正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，人們身邊也存在著看不見卻無處不在的電磁波。

電與磁總是相伴相隨的，所以，我們要學習了解電的相關知識，那就離不開磁的學習。#電工基礎#

電與磁都是看不見摸不著的，它們都很抽象，於我們而言卻又不會感到陌生。對於理論知識來講，電和磁都不簡單，但我個人看來，磁的相關知識還是會難於電的。《電工基礎》的第三章講的就是有關磁與電磁的內容。

想要學習交流電，就離不開電磁的知識，所以《電工基礎》第三章的電磁知識在交流電部分也是非常重要的，可以說是之後幾章交流電知識的基礎之一。

所以，我們很有必要熟練掌握第三章的內容，從簡到難，一步步把課程第三章「磁與電磁」的內容個吃透。

那麼，廢話不多說，大家跟著我的腳步進入這次的學習分享「磁場的基本概念與基本物理量」吧。

談及磁，它的應用可謂橫跨古今，比電早得多，我國最出名的顯然是聞名世界的司南，也就是現代的指南針，如下圖17-1中所示。

當然，隨著電工技術的發展，磁與電磁的應用也會越發廣泛，像電磁起重機、磁懸浮列車及電氣控制電路中常見的接觸器等都是電磁的實際引用。

圖17-1

而磁體就是能夠產生磁場的物質或材料，是一種奇特的物質，它有一種無形的力，既能吸引一些物質，又能排斥一些物質。

比較常見的就是磁鐵就是永磁體，另外，還有通電導體、通電線圈等也可是說是磁體，甚至我們人類的家園地球也是一個非常大的磁體。

磁體上磁性最強的部分叫磁極，而一個磁體無論多麼小都有兩個磁極，至少直到目前為止，人們尚未發現只有一個磁極的磁體。可以在水平面內自由轉動的磁體，靜止時總是一個磁極指向南方，另一個磁極指向北方，指向南的叫做南極（S極），指向北的叫做北極（N極）。

當然，對於磁體而言，所謂的南極、北極並不僅僅是指地理上的南北極，如下圖17-2中的各種磁鐵。

圖17-2

不用我多說大家也知道，兩根磁鐵之間同名磁極互相排斥，異名磁極相互吸引，這種磁極之間相互作用的磁力，是通過磁極周圍的磁場傳遞的。

磁極在自己周圍空間裡產生的磁場，對處在它裡面的磁極均產生磁場力的作用。

英國物理學家法拉第提出，在電荷、電流或磁體周圍存在著一種被他稱為「場」的物質，正是這種「場」傳遞著電或磁的作用，他還進一步把這種看不見、摸不著的「場」用「場線」給出形象化的描繪，提出電場線和磁場線的概念。顯然這個「場」已經已經得到世界的公認。

磁場線，又稱磁感線或磁力線，它雖然在實際中看不見摸不著，但不妨我們可以通過某種手段去「觀察」它。大家私下也可以做個小實驗，在一塊磁鐵周圍撒上一層薄薄的鐵粉，如圖17-2中所示，並不難發現，磁場線其實是一些閉合曲線，且越靠近磁極，鐵粉越密。

另外，大家也可以拿指南針放在磁鐵周圍的不同位置，就會可以發現指針的方向是變化的。

總而言之，磁體周圍存在磁場，磁場可以用磁感線表示，磁感線是有方向的，在磁體內部是從南極指向北極，在磁體外部是從北極出來再進入南極，磁感線在磁極處密集，並在該出產生最大磁場強度，離磁極越遠，磁感線越疏。

在大家對磁有了一定的認識後，我們接著來學習磁場中的基本物理量吧。

1、磁感應強度B

磁感應強度是表徵磁場中某點的磁場強弱和方向的基本物理量，用符號B表示，單位是T（特斯拉），是一個矢量。磁感應強度還有另一個常見的非法定計量單位「高斯（Gs）」，其中10000高斯=1特斯拉，所以高斯是一個很小的單位，目前已經很少使用。

磁感應強度可用磁感線的疏密程度來表示，磁感線的密集度稱為磁通密度的地方磁感應強度大，在磁感線疏的地方磁感應強度小。其大小定義為：B=F/Il。

圖17-3

在給定的磁場中，某一點的磁感應強度B的大小和方向都是確定的。所以圖17-3的公式並不能簡單說明磁感應強度與導體所受的力成正比，和流過導體的電流與導體的長度成反比。

例如在不同磁場中，相同長度且流過相同大小電流的導體，它所受的安培力不同，就可以根據以上公式求出相應磁場的磁感應強度，當然，前提是勻強磁場，對非均勻磁場來說，以上公式顯然不能使用。

上文中提到磁感應強度可用磁感線的疏密程度來表示，即通過磁場中某一點處垂直於B矢量的單位面積上的磁感應線數目（磁感應線密度）等於該點B的數值。很顯然，磁場強的地方，B大，磁感應線密磁場弱的地方，B小，磁感應線稀。

磁感線若是直線，磁感應強度的方向就是磁感線的指向；曲線分布的磁場，曲線上某點的磁感應強度的方向指的是該點的切線方向。

2、磁通量φ

磁感應強度B與垂直於磁場方向的面積A的乘積，稱為通過該面積的磁通量φ，即φ=BA或B=φ/A。

圖17-4

通過磁場中某一面積的磁感應線數稱為通過該面積的磁通量，簡稱磁通，符號為φ，單位是Wb（韋伯），它是一個標量。磁通還有另外一個單位「麥克斯韋（Mx）」，1Wb=108Mx。

從圖17-4中我們不難推出，當平面S與磁感線平行時，此時平面S的磁通量為零。

在前文有提到，磁感線是閉合的，那麼，對於封閉面來說，進入該閉合面的磁感應線一定等於穿出該閉合面的磁感應線，所以對於封閉面而言，其通過的磁通量為零。這其實就是磁場的高斯定理，細講起來較為複雜，在此就不多作講解。

3、磁導率μ

磁導率是一個用來表示磁場媒質磁性的物理量，也就是用來衡量物質導磁能力的物理量，用符號μ表示，單位是H/m（亨/米），其值由煤質的性質所決定。其中H（亨利）是電感的單位，大家可不要忘了哦。

真空中的磁導率是一個常數，用μ0表示，即μ0=4π×10-7H/m。其它任一煤質的磁導率與真空的磁導率的比值稱為相對磁導率，用μr表示，即μr=μμ0。

不同材料的相對磁導率μr相差很大。非鐵磁材料如空氣、木材、玻璃、銅、鋁和絕緣材料等，它們的磁導率可認為等於真空磁導率μ0。而鐵磁材料如鐵、鎳、鈷及其合金、矽鋼片等的磁導率比非鐵磁材料的要高102～106倍。

磁場媒質的磁導率越大，材料的導磁能力就越好，所以磁感線大多數沿鐵磁物質流通，只有少部分沿非鐵磁物質散播。這就像導電體和非導電體之間，但是導電體和非導電體的導電率之比，數量級可達1016之大，所以電流一般沿著導體流通。

4、磁場強度H

磁場中各點磁感應強度的大小與媒質的性質有關，因此使磁場的計算顯得比較複雜。為了簡化計算，便引入磁場強度這一物理量，它與周圍介質無關。磁場強度用符號H表示，單位是A/m（安/米），它也是一個矢量。

磁場強度也是表徵磁場性質的一個基本物理量，它和磁場的另一個基本物理量磁感應強度B之間存在著某種關係，即H=μB或H=B/μ。另外，B與H之間的關係曲線稱為磁化曲線，也成稱B-H曲線，如下圖17-5所示，它是磁性材料最基本的特徵。在此也不多作說明。

圖17-5

學到這裡，對於磁場中的一些基本物理量，我相信大家也已有所掌握。這次學習分享的內容雖然是基礎，但是理解起來並不是很簡單，特別是幾個物理量的含義已經它們之間的關係。

大家結合曹老師的《電工基礎》課程和我的文章，多看幾次，那麼學起來就會簡單很多。（技成培訓原創，作者：楊思慧，未經授權不得轉載，違者必究！）