BLDC實戰(zhàn)項目之電磁學(xué)，你跟上了嗎？

一、磁場的發(fā)現(xiàn)過程和一些實驗現(xiàn)象

在我們生活中，有男人、女人。白天，黑夜。道家講究陰陽2極。

自然界中的磁體總是存在倆個磁極，一個N極一個S極。磁極之間的相互作用與電荷之間的相互作用有著相似的特征，同名磁極或同種電荷相互排斥，異名磁極或異種電荷相互吸引。

電與磁的首次發(fā)現(xiàn)：丹麥物理學(xué)家奧斯特在一次講課的過程中，偶然的把一根導(dǎo)線放在一個指南針的上方，通電后，磁針轉(zhuǎn)動了，這個場景是奧斯特期待已久的。經(jīng)過大量的研究后，奧斯特宣布發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，首次揭幕了電與磁之間的關(guān)系。

在奧斯特之后，安培等科學(xué)家做了許多研究，不僅發(fā)現(xiàn)通電導(dǎo)線對磁體具有作用力，磁體對通電導(dǎo)線也具有作用力。

這些互相作用是怎樣發(fā)生的？其實，就像電荷的相互作用是通過電場發(fā)生的，磁體與磁體之間，磁體與通電導(dǎo)體之間，通電導(dǎo)體和通電導(dǎo)體之間的相互作用，是通過磁場發(fā)生的。

磁場看不見摸不著，但他與電場類似，都是客觀存在的物質(zhì)。

二、描述磁場的方法：磁感線

給一根導(dǎo)線通上電流，在這根導(dǎo)線周圍均勻的撒上一些碎鐵屑，這些鐵屑在磁場里磁化為一個個小磁針，我們敲擊周圍，鐵屑就會規(guī)則的排列起來。

我們沿著鐵屑畫出一些曲線，這樣的曲線就叫做磁感線。

磁感線是用來形象的描述磁場的方向和磁場的分布的。

通過下圖條形磁體的磁場分布方式，在物理學(xué)中規(guī)定：這個條形磁體N極所指向的方向規(guī)定為磁場的方向。

磁場的方向是由N極指向S極的。

三、安培定則：右手螺旋定則

在通電直導(dǎo)線中利用安培定則判斷磁場方向（磁感線方向）：用右手握住導(dǎo)線，讓伸直的大拇指所指向的方向和電流方向一致，彎曲的四指所指向的方向就是磁感線環(huán)繞的方向。

在通電螺線管中利用安培定則判斷磁場方向（磁感線方向）：通電螺線管可以看做是許多匝環(huán)形電流串聯(lián)而成的。讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指向的方向就是環(huán)形導(dǎo)線軸線上磁場的方向。大拇指所指向的方向就是N極。

四、磁感應(yīng)強度

前面的內(nèi)容我們通過安培定則可以結(jié)合磁感線分析出磁場的方向和磁場的分布，但我們很難進一步進行定量分析。

磁感應(yīng)強度的推導(dǎo)流程如下：

科學(xué)家們做的實驗1：通電導(dǎo)線與磁場方向垂直時，導(dǎo)線受力的大小既與導(dǎo)線的長度L成正比，又與導(dǎo)線中的電流I成正比，用公式表示：

F=ILB

蹄型磁鐵的磁場分布：把蹄形磁鐵內(nèi)部磁場看成是磁場大小相等方向相同的磁場，也就是勻強磁場。

在這個公式中，B與導(dǎo)線的長度和電流都沒有關(guān)系。然后通過這樣的實驗現(xiàn)象繼續(xù)分析

當(dāng)我們把I和L設(shè)為固定值，然后改變這個蹄形磁鐵的材質(zhì)（間接的改變了磁場的大小（強弱），磁場方向不變），作上述相同的實驗，此時發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線受到力是不一樣的。

F=ILB

所以通過上述的分析：B就是我們要尋找的表征磁場強弱的物理量-磁感應(yīng)強度。

B = F/IL

磁感應(yīng)強度B的單位是由F、I、和L單位決定。在國際單位制中，磁感應(yīng)強度的單位是特斯拉(tesla)，簡稱特，單位是T，

1T = 1N/(A*m)

五、勻強磁場

如果磁場中各個點的磁感應(yīng)強度大小相等，方向相同，那么這個磁場就叫做勻強磁場。

距離很近的倆個平行異名磁極之間的磁場，除了邊緣部分外，我們可以認為是勻強磁場。勻強磁場中的磁感線用一些間隔相等的平行直線表示。

六、安培力的方向

趣味概念：安培在研究電磁場與電流的相互作用方面做出了偉大的貢獻，為了紀念這位杰出的科學(xué)家，人們把通電導(dǎo)線在磁場中受到的力稱為安培力。把電流的單位定為安培，A。

科學(xué)家們做了大量實驗表明：通電導(dǎo)線在磁場中受到的方向與電流方向、磁感應(yīng)強度的方向都垂直。

那么我們可以用左手定則進行安培力的方向判定：伸開左手，拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內(nèi)，讓磁感線從掌心垂直進入，并使四指指向電流方向，這時拇指所指向的方向就是通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向。

通過左手定則，我們手里分析得到一個結(jié)論：當(dāng)磁感應(yīng)強度方向與通電導(dǎo)線平行的時候，通電導(dǎo)線的受力F=0。

安培力的計算公式（磁場方向與導(dǎo)體電流方向垂直）：

F=ILB

磁感應(yīng)強度B的方向與電流方向成θ角。根據(jù)矢量運算法則，B可以分解為與電流方向垂直的分量B⊥和與電流方向平行的方向B∥：

其中B∥與導(dǎo)線是沒有作用力，導(dǎo)線受到的安培力F只是B⊥產(chǎn)生的，由此得到：

F=ILBsinθ

從公式反推導(dǎo)：θ角是導(dǎo)體電流方向與磁感應(yīng)強度方向的夾角，如果兩者之間是平行的，那么這個θ角度是0°或者180°，sin0°=0，sin180°=0，所以安培力F也就是為0。

七、磁通量

假設(shè)在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，有一個與磁場方向垂直的平面，面積為S，則我們把B與S的乘積叫做穿過這個面積的磁通量，簡稱磁通。用字母φ表示磁通量。

φ = BS

如果磁感應(yīng)強度B與平面不垂直，那我們用這個這個面在垂直于磁感應(yīng)強度B的方向的投影面積于B的乘積表示磁通量。

φ = BScosθ

在國際單位制中，磁通量的單位是韋伯(weber)，簡稱韋，符號是Wb

1wb - 1T*m2

φ = BS得出B=φ/S,表示磁感應(yīng)強度的大小等于穿過垂直磁場方向的單位面積的磁通量。