電和磁是不可分割的統一體，有電就有磁，有磁就有電。無線電中經常用到電磁學中的概念，還有許多電與磁的換能器件。

磁場與磁力線

1.磁性、磁體、磁極、磁力

(1)磁性。能夠吸引鐵等物質的性質稱為磁性。

(2)磁體。具有磁性的物體叫磁體，最常見的揚聲器其背面的磁鋼就是磁體。

(3)磁極。磁鐵兩端磁性最強的區域稱為磁極。一個磁鐵有兩個磁極：一個是南極，用S表示;另一個是北極，用N表示。當一塊磁鐵分割成幾塊後，每一小塊磁鐵上都有一個S極和一個N極，如圖1-4所示，也就是說S、N極總是成對出現的。

(4)磁力。磁極間有相互作用力，這種力稱為磁力。同極性間相斥，異極性之間相吸。

圖1-4 磁極示意圖

2.磁場和磁力線

(1)磁場。磁場和電場一樣是一種特殊的物質，它看不見也摸不著，但的確存在。磁體周圍存在的磁力作用的空間稱為磁場，互不接觸的兩個磁體之間相互作用的力是由磁場傳遞的。

(2)磁力線。圖1-5所示是磁力線示意圖。磁力線有時還稱為磁感線或磁通線。磁力線是閉合的。

圖1-5 磁力線示意圖

重要提示

磁力線有方向，規定在磁體的外部，磁力線由N極指向S極，在磁體內部則是由S極指向N極，如圖1-5中所示。

磁力線的方向可以用來表示磁場方向。

在磁極附近磁力線最密，表示磁場最強;在磁體中間磁力線最稀，表示磁場最弱。用磁力線的多少來表徵磁場的強弱。

3.電流磁場

電流周圍存在磁場。磁場總是伴隨著電流而存在，電流永遠被磁場所包圍。

(1)直導線電流磁場。如圖1-6所示，一根直的導線，當導線中流有電流時，在導線的周圍存在磁場，判斷這一磁場方向用右手螺旋定則，具體方法是：讓右手握住直的導線，並將大拇指指向電流流動的方向，四指所指的方向就是磁場方向。

圖1-6 示意圖

(2)環形電流磁場。如圖1-7所示，將導線繞成環形(稱為螺線管或線圈)，並給線圈通電，此時的磁場方向也是用右手螺旋定則來判斷，具體方法是：右手握住螺線管，讓四指指向線圈中的電流流動方向，大拇指所指方向為磁場方向。

圖1-7 示意圖

磁通、磁感應強度、磁導率和磁場強度

1.磁通

磁通是磁通量的簡稱。通過與磁場方向垂直的某一面積上的磁力線總數，稱為磁通。磁通用Φ表示。當面積一定時，垂直通過該面積的磁力線愈多，說明磁場愈強，反之則弱。

2.磁感應強度

垂直通過單位面積上的磁力線數，稱為磁感應強度，可見磁感應強度能夠表示磁場的強弱。磁感應強度用B表示。

關於磁感應強度還要說明幾點。

(1)磁感應強度也稱為磁通密度。

(2)磁感應強度是一個矢量，它不僅表示了磁場中某點的磁場大小，也表示了該點的磁場方向。磁力線上某點的切線方向就是該點的磁感應強度方向。

(3)磁場中各點的磁感應強度大小和方向相同時，這種磁場稱為均勻磁場。

3.磁導率

為了表徵物質的導磁性能，引入磁導率這個物理量，磁導率用μ表示。

由實驗測得真空中的磁導率(用μ0表示)為一個常數。

為了比較物質的導磁性能，將任一物質的磁導率與真空中磁導率的比值作為相對磁導率，用μr表示。

根據物質的磁導率不同，可將物質劃分成下列三類。

(1) μ r <1的物質叫反磁物質，如銅。

(2) μ r >1的物質叫順磁物質，如錫。

(3) μ r >>1的物質叫鐵磁物質，如鐵、鈷。

4.磁場強度

磁場強度的定義是：磁場中某點磁感應強度與媒介質的磁導率的比值，叫該點的磁場強度。磁場強度用H表示。

磁場強度也是一個矢量，在均勻磁場中它的方向同磁感應強度的方向相同。

磁化、磁性材料和磁路

1.磁化

凡是原來沒有磁性的物質使之具有磁性的過程稱為磁化。凡是鐵磁物質都能被磁化。

2.磁性材料

磁性材料(又稱鐵磁材料)通常可以劃分成三類。

(1)軟磁材料。這種鐵磁材料在磁化後，保留磁性的能力很差。

(2)硬磁材料。這種鐵磁材料在磁化後，保留磁性的能力很強。

(3)矩磁材料。這種鐵磁材料只要有很小的磁場就能磁化，且一經磁化就達到飽和狀態。

3.磁路

磁通(或磁力線)集中通過的路徑稱為磁路，相當於電路的概念。圖1-8所示是磁路示意圖。

圖1-8 磁路示意圖

關於磁路說明幾點如下。

(1)為了獲得較強的磁場，需要將磁通集中在磁路中。形成磁路的最好方法是用鐵磁材料做成磁芯，將線圈繞在磁芯上。

(2)由於鐵磁材料製成的磁芯其磁導率μ遠大於空氣的磁導率，所以磁通主要是沿磁芯閉合，只有很少部分通過空氣或其他材料。

(3)通過磁芯的磁通稱為主磁通，磁芯外的磁通稱為漏磁通，漏磁通愈小愈好。

(4)磁路按其結構不同分為無分支磁路和分支磁路兩種，其中分支磁路又分成不對稱分支磁路和對稱分支磁路兩種，這相當於電路中的並聯電路。

(5)磁路不同於電路，電路可以有開路狀態，可磁路沒有開路狀態，因為磁力線是不可能中斷的閉合曲線。

電磁感應和電磁感應定律

1.電磁感應

前面講到電能夠產生磁，電磁感應定律說明了磁也能夠產生電。

圖1-9所示是電磁感應現象示意圖。當磁鐵從上端向下插入時，會在線圈兩端得到一個感應電動勢，其極性為上正下負。如果磁鐵在線圈中靜止不動，則沒有這一電動勢。當磁鐵從下向上插入時，感應電動勢的方向為下正上負。

關於電磁感應主要說明以下幾點。

(1)感應電動勢又稱感生電動勢、感應電勢、感生電勢。

圖1-9 電磁感應現象示意圖

(2)產生電磁感應的條件是線圈中的磁通必須改變。當磁鐵從上或從下插入線圈時都有感應電動勢產生，這是因為磁鐵運動引起了線圈中的磁通發生了改變。當磁鐵在線圈中不運動時，沒有感應電動勢產生，因為磁鐵不運動，線圈中的磁通沒有改變。

(3)當線圈閉合時，由感應電動勢產生的電流稱為感應電流或感生電流。

2.電磁感應定律

感應電動勢的大小與穿過線圈的磁通的變化率成正比，這被稱為法拉第電磁感應定律。

當磁鐵插入線圈中的速度愈快，磁通變化率愈高，感應電動勢愈大，反之則愈小。

這一定律只能說明感應電動勢的大小，不能說明感應電動勢的方向。

自感、互感和同名端

1.自感

由於流過線圈本身的電流發生變化而引起的電磁感應叫自感應，簡稱自感。

圖1-10所示電路可以說明自感現象。電路中的E是電源，H是白熾燈，L1是線圈(線圈的電阻很小，遠小於白熾燈的電阻)，S1是開關。

圖1-10 自感現象示意圖

當開關S1剛接通時，由於L1的電阻遠小於白熾燈的電阻，所以電流只流過L1所在支路，沒有電流流過白熾燈，這樣白熾燈不亮。但是，當開關S1突然斷開時，白熾燈卻突然很亮後熄滅，這一現象稱為自感現象。

重要提示

這一現象是因為開關斷開時，L1中的磁通突然從有突變到零，這時L1兩端要產生感應電動勢，這一感應電動勢加在白熾燈的兩端，使白熾燈突然很亮。

關於自感說明以下幾點。

(1)由自感產生的電動勢稱為自感電動勢，簡稱自感電勢。

(2)自感電動勢與線圈本身的電感量成正比關係。線圈電感量是線圈的固有參數，電感量用L表示，L與線圈匝數和結構等情況有關。

(3)自感電動勢還與線圈中電流的變化率成正比關係，當L一定時，電流變化愈快，自感電動勢愈大，反之則小。

(4)對某一個具體線圈而言，L的大小反映了線圈產生自感電動勢的能力。

重要提示

自感係數定義是，當一個線圈流過變化的電流時，電流產生的磁場使每匝線圈具有的磁通叫自感磁通，整個線圈具有的磁通稱為自感磁鏈，將線圈中通過單位電流所產生的自感磁鏈稱為自感係數。

2.互感

圖1-11所示是互感現象示意圖。圖中有線圈L1和線圈L2，其中在線圈L1迴路中接入電池和開關S1，在線圈L2迴路中接入檢流計。

圖1-11 互感現象示意圖

當開關接通後，檢流計指針偏轉一下後又歸零，檢流計的指針偏轉說明有電流流過了線圈L2。

開關S1接通後，線圈L1中的電流從無到有，在線圈L1中產生了變化的磁通，這一變化的磁通穿過了線圈L2。

由於線圈L2中存在變化的磁通，所以在線圈L2兩端要產生感應電動勢，便有感應電流。當開關接通一段時間後，由於是直流電源，線圈L1中的電流大小不變，其磁通也不再變化，線圈L2中沒有變化的磁通就不能產生感應電動勢，所以檢流計的指針不再偏轉。一個線圈中的電流變化，引起另一個線圈中產生感應電動勢的現象稱為互感現象，簡稱互感。

關於互感說明以下幾點。

(1)互感現象說明線圈L1和線圈L2之間存在磁耦合，又稱為互感耦合。

(2)為了定量表徵互感耦合情況，引入了互感係數這個量，互感係數用M表示。它的大小等於一個線圈中通過單位電流時，在另一個線圈中產生的互感磁鏈。互感M表徵了磁交鏈的能力。

(3)線圈間具有的互感係數M是互感線圈的固有參數，它的大小與兩個線圈的匝數、相互間位置、幾何尺寸等因素有關。

(4)由互感所產生的電動勢稱為互感電動勢，簡稱互感電勢。當兩個線圈確定後，一個線圈上互感電動勢的大小正比於另一個線圈中的電流變化率。

(5)互感電動勢不僅有大小還有方向，這一電動勢的方向可以用同名端方法來確定。

3.互感線圈同名端

圖1-12所示是同名端示意圖，將線圈繞向一致而感應電動勢極性一致的端點稱之為同名端。如圖1-12(a)所示中，線圈L1和線圈L2同繞在一個鐵芯上，從圖中可以看出，1端和4端是兩線圈的頭，且兩線圈的繞向相同，所以是同名端，電動勢的極性一致。2、3端也是同名端，1、2端之間極性相反，稱為異名端。

圖1-12 同名端示意圖

同名端常用黑點表示。如圖1-12(a)中所示，標有黑點的端是同名端，在電路圖中的表示方式如圖1-12(b)所示。

屏蔽

1.屏蔽

給變壓器的一次繞組通入交流電後，在繞組周圍產生了磁場，儘管有鐵芯給絕大部分磁力線構成了磁路，但是仍有一小部分磁力線散佈在變壓器附近的一定空間範圍內。

如果變壓器散發的這些殘餘磁力線穿過變壓器附近的其他線圈(或電路)，在其他線圈中也要產生感生電動勢，這便是磁干擾，是不允許的。為此，要給變壓器加上屏蔽殼，使變壓器中的磁場不向外輻射。

2.低頻屏蔽

變壓器的屏蔽殼不僅可以防止變壓器干擾其他電路的正常工作，同時也可以防止其他散射磁場對變壓器正常工作的干擾。

在低頻變壓器中，採用鐵磁材料製成一個屏蔽盒(如鐵皮盒)，將變壓器包起來。由於鐵磁材料的磁導率高，磁阻小，所以變壓器產生的磁力線由屏蔽殼構成迴路，防止了磁力線穿出屏蔽殼，使殼外的磁場大大減小。

同理，外界的雜散磁力線也被屏蔽殼所阻擋，不能穿到殼內來。

3.高頻屏蔽

在高頻變壓器中，由於鐵磁材料的磁介質損耗大，所以不用鐵磁材料作為屏蔽殼，而是採用電阻很小的鋁、銅材料製成。

當高頻磁力線穿過屏蔽殼時，產生了感生電動勢，此電動勢又被屏蔽殼所短路(屏蔽殼電阻很小)，產生渦流，此渦流又產生反向磁力線去抵消穿過屏蔽殼的磁力線，使屏蔽殼外的磁場大大減小，達到屏蔽的目的。