电和磁是不可分割的统一体。有电就有磁，有磁就有电。电磁学的概念经常用于无线电，有许多电和磁传感器。

磁力线

1.磁性，磁铁，磁极，磁力

(1)磁性。吸引铁和其他物质的特性叫做磁性。

(2)磁铁。有磁性的物体叫磁铁，最常见的音箱背面的磁钢就是磁铁。

(3)磁极。磁铁两端磁性最强的区域称为磁极。磁铁有两个磁极:一个是南极，用S表示；另一个是北极，用N表示，当一块磁铁被分成几块时，每个小磁铁都有一个S极和一个N极，如图1-4所示，这意味着S极和N极总是成对出现。

(4)磁力。磁极之间有相互作用，称为磁力。相同的极性相斥，不同的极性相吸。

图1-4 磁极示意图图1-4磁极示意图

2.磁场和磁力线

(1)磁场。和电场一样，磁场也是一种特殊的物质。看不见摸不着，但确实存在。磁体周围的磁力的空区间称为磁场，两块互不接触的磁体之间的相互作用力就是由磁场传递的。

(2)磁力线。图1-5是磁力线的示意图。磁力线有时被称为磁感应线或磁通线。磁力线是闭合的。

图1-5 磁力线示意图图1-5磁力线示意图

重要提示

磁力线有一个方向，在磁铁的外部指定，磁力线从N极指向S极，而在磁铁内部从S极指向N极，如图1-5所示。

磁力线的方向可以用来表示磁场的方向。

磁极附近磁力线最密，表示磁场最强；磁铁中间，磁力线最细，表示磁场最弱。磁场的强度由磁力线的数量来表征。

3.电流磁场

电流周围有磁场。磁场总是和电流一起存在，电流总是被磁场包围。

(1)直线的电流磁场。如图1-6所示，对于一根直导线，当电流在导线中流动时，导线周围有一个磁场。要判断这个磁场的方向，用右手螺旋法则。具体方法是:让右手握住直导线，拇指指向电流流动的方向。四个手指所指的方向就是磁场的方向。

图1-6 示意图图1-6示意图

(2)环形电流磁场。如图1-7所示，将导线绕成一个环(称为螺线管或线圈)并给线圈通电。这时候磁场方向也是用右手螺旋法则来判断的。具体方法是:右手握住螺线管，让四指指向线圈中电流的流动方向。你拇指指的方向就是磁场方向。

图1-7 示意图图1-7示意图

磁通量、磁感应强度、磁导率和磁场强度

1 .磁通量

磁通量是磁通量的简称。穿过垂直于磁场方向的区域的磁力线的总数叫做磁通量。普适磁φ表示。当面积固定时，垂直穿过该区域的磁力线越多，磁场越强，反之亦然。

2.磁感应强度

通过垂直单位面积上磁力线的数量，称为磁感应强度，可以看出磁感应强度可以表示磁场的强弱。磁场强度用B表示..

关于磁感应强度有几点。

(1)磁感应强度也叫磁通密度。

(2)磁感应强度是一个矢量，它不仅表示磁场中某一点磁场的大小，还表示该点磁场的方向。磁力线上一点的切线方向就是该点的磁感应强度方向。

(3)当磁场中各点的磁感应强度和方向相同时，这个磁场称为均匀磁场。

3.导磁率

为了表征物质的导磁能，引入了磁导率这一物理量，磁导率用μ表示。

实验测得的true 空中的渗透率(以μ0表示)为常数。

为了比较物质的导磁能，取任意物质的磁导率与真空的比值作为相对磁导率，用μ r表示。

根据物质渗透性的不同，物质可分为以下三类。

(1)μr & lt；1的物质叫抗磁性物质，比如铜。

(2)μr & gt；1物质称为顺磁性物质，如锡。

(3)μr & gt；& gt1物质称为铁磁性物质，如铁和钴。

4.磁场强度

磁场强度的定义是:磁场中某一点的磁感应强度与介质磁导率的比值，称为该点的磁场强度。磁场强度用h表示。

磁场强度也是一个矢量，它的方向与均匀磁场中磁感应强度的方向相同。

磁化、磁性材料和磁路

1.磁化

磁化是没有磁性的物质变得有磁性的过程。任何铁磁性物质都可以被磁化。

2.磁性材料

磁性材料(又称铁磁材料)通常可以分为三类。

(1)软磁材料。这种铁磁材料在磁化后保持磁性的能力很差。

(2)硬磁性材料。这种铁磁材料在磁化后具有很强的保持磁性的能力。

(3)矩形磁性材料。这种铁磁性材料只要有很小的磁场就可以被磁化，一旦磁化就会达到饱和。

3.磁路

磁通量(或磁力线)集中通过的路径称为磁路，相当于电路的概念。图1-8所示为磁路示意图。

图1-8 磁路示意图图1-8磁路示意图

磁路解释如下。

(1)为了获得强磁场，磁通需要集中在磁路中。形成磁路的最佳方法是用铁磁性材料制作磁芯，并在磁芯上缠绕线圈。

(2)由于铁磁材料制成的磁芯具有远大于空气体的磁导率μ，磁通主要沿磁芯闭合，只有少部分通过空气体或其他材料。

(3)穿过磁芯的磁通称为主磁通，磁芯外的磁通称为漏磁通。漏磁通越小越好。

(4)磁路按其结构不同分为无分支磁路和分支磁路两种，其中分支磁路又分为非对称分支磁路和对称分支磁路，在电路上相当于并联电路。

(5)磁路不同于电路。电路可以有开路状态，但是磁路没有开路状态，因为磁力线是不能中断的闭合曲线。

电磁感应和电磁感应定律

1.电磁感应

前面说过，电可以产生磁，电磁感应定律说明，磁也可以产生电。

图1-9是电磁感应的示意图。当磁铁从上端向下插入时，会在线圈两端得到一个感应电动势，其极性为正上负下。如果磁铁在线圈中是静止的，就没有这样的电动势。当磁铁由下而上插入时，感应电动势的方向为向下正向上负。

关于电磁感应主要解释以下几点。

(1)感应电动势也叫感应电动势、感应电势、感应电势。

图1-9 电磁感应现象示意图图1-9电磁感应现象示意图

(2)电磁感应的条件是线圈中的磁通量必须改变。当磁铁从上方或下方插入线圈时，就会产生感应电动势。这是因为线圈中的磁通量由于磁体的运动而变化。当磁铁在线圈中不动时，就没有感应电动势产生，因为磁铁不动，线圈中的磁通量不变。

(3)线圈闭合时，感应电动势产生的电流称为感应电流或感应电流。

2.电磁感应定律

感应电动势的大小与通过线圈的磁通量的变化率成正比，这就是所谓的法拉第电磁感应定律。

磁铁插入线圈越快，磁通变化率越高，感应电动势越大，反之亦然。

这个定律只能解释感应电动势的大小，而不能解释它的方向。

自感、互感和谐音

1.自我感知

由流过线圈本身的电流变化而产生的电磁感应称为自感，简称自感。

图1-10所示的电路可以解释自感现象。电路中的e是电源，H是白炽灯，L1是线圈(线圈的电阻很小，远小于白炽灯)，S1是开关。

图1-10 自感现象示意图图1-10自感现象示意图

开关S1刚接通时，由于L1的电阻比白炽灯的电阻小得多，电流只流过L1所在的支路，没有电流流过白炽灯，所以白炽灯不亮。然而，当开关S1突然关闭时，白炽灯突然打开，然后熄灭。这种现象叫做自感现象。

重要提示

这种现象是因为当开关关闭时，L1的磁通量突然从零变到零。此时，L1两端会产生感应电动势。这个感应电动势作用在白炽灯的两端，使白炽灯突然变亮。

解释以下关于自我认知的观点。

(1)自感产生的电动势称为自感电动势，简称自感电势。

(2)自感电动势与线圈本身的电感成正比。线圈的电感是线圈的固有参数。电感用L表示，与线圈的匝数和结构有关。

(3)自感电动势也与线圈中电流的变化率成正比。当L一定时，电流变化越快，自感电动势越大，反之亦然。

(4)对于特定的线圈，L的大小反映了线圈产生自感电动势的能力。

重要提示

自感的定义是当线圈流过变化的电流时，电流产生的磁场使每个线圈的磁通称为自感磁通，整个线圈的磁通称为自感磁通，线圈中单位电流产生的自感磁通称为自感系数。

2.相互感觉

图1-11显示了互感的原理图。图中有线圈L1和L2，其中电池和开关S1接在线圈L1的回路中，检流计接在线圈L2的回路中。

图1-11 互感现象示意图图1-11互感现象示意图

当开关打开时，检流计的指针偏转一次，然后归零。检流计指针的偏转表明有电流流过L2线圈。

开关S1接通后，线圈L1中的电流从零开始增长，线圈L1中产生变化的磁通量，穿过线圈L2。

由于线圈L2中磁通量的变化，线圈L2两端会产生感应电动势，所以会有感应电流。当开关接通一段时间后，由于是DC电源，线圈L1中的电流不会发生变化，其磁通量也不会再发生变化。不改变线圈L2中的磁通量，就不会产生感应电动势，因此检流计的指针就不会再偏转。一个线圈中的电流发生变化，在另一个线圈中引起感应电动势的现象称为互感现象，简称互感。

解释以下关于互感的几点。

(1)互感现象表明线圈L1和线圈L2之间存在磁耦合，也称互感耦合。

(2)为了定量表征互感耦合，引入了互感系数，互感系数用m表示，其大小等于单位电流通过一个线圈时在另一个线圈中产生的互感磁链。互感m代表磁交联的能力。

(3)线圈间的互感系数m是互感线圈的固有参数，其大小与两线圈的匝数、相互位置、几何尺寸等因素有关。

(4)互感产生的电动势称为互感电动势，简称互感电势。当两个线圈确定后，一个线圈中的互感电动势与另一个线圈中的电流变化率成正比。

(5)互感电动势不仅有大小，还有方向，这个电动势的方向可以用同名方法确定。

3.互感线圈的同名端

图1-12显示了同名终端的示意图。线圈缠绕方向相同，感应电动势极性相同的端子称为同名端子。如图1-12(a)所示，线圈L1和线圈L2缠绕在同一个铁芯上。从图中可以看出，端子1和端子4是两个线圈的头部，两个线圈的缠绕方向相同，所以是同名端子，电动势极性相同。端子2和端子3也是同音异义，端子1和端子2极性相反，所以称为异音异义。

图1-12 同名端示意图图1-12同名端示意图

同名的结尾通常用黑点表示。如图1-12(a)所示，标有黑点的端子为同名端子，其在电路图中的表示如图1-12(b)所示。

街区

1.防护的

当交流电施加到变压器的初级绕组时，绕组周围会产生磁场。虽然大部分磁力线是由铁芯形成的，但也有少部分磁力线是分散在变压器附近一定范围空内的。

如果变压器发出的这些剩磁线经过变压器附近的其他线圈(或电路)，在其他线圈中也会产生感应电动势，这就是磁干扰，是不允许的。所以变压器要配屏蔽外壳，防止变压器内的磁场向外辐射。

2.低频屏蔽

变压器的屏蔽外壳不仅可以防止变压器干扰其他电路的正常工作，还可以防止其他散射磁场干扰变压器的正常工作。

在低频变压器中，用铁磁材料制成的屏蔽盒(如铁盒)包裹变压器。由于铁磁材料的高导磁率和低磁阻，变压器产生的磁力线通过屏蔽外壳形成回路，阻止了磁力线穿过屏蔽外壳，大大降低了外壳外的磁场。

类似地，外部杂散磁力线被屏蔽外壳阻挡，不能穿透外壳。

3.高频屏蔽

在高频变压器中，不采用铁磁材料作为屏蔽壳，而是采用低电阻的铝、铜材料，因为其磁介质损耗大。

当高频磁力线通过屏蔽壳时，产生感应电动势，感应电动势被屏蔽壳短路(屏蔽壳的电阻很小)，产生涡流，涡流又产生反向磁力线，抵消通过屏蔽壳的磁力线，从而大大降低屏蔽壳外的磁场，达到屏蔽的目的。