電磁力是當電流通過簡單導體（如電線或電纜）時產生的力。

雖然磁鐵可以由鐵磁材料制成，這些材料吸引（并排斥）其他材料，主要是金屬。磁力是磁鐵在相互吸引或排斥時施加的力。在導體周圍會形成一個小磁場，該磁場的方向相對于其“北極”和“南極”由通過導體的電流方向決定。

磁學在電氣和電子工程中扮演著重要角色，因為如果沒有磁學，繼電器、螺線管、電感器、扼流圈、線圈、揚聲器、電機、發(fā)電機、變壓器和電表等組件將無法工作。

然后，當電流通過時，每一圈電線都會利用電磁效應。但在我們更詳細地了解磁學，尤其是電磁學之前，我們需要回顧一下物理課上關于磁鐵和磁學如何工作的內容。

磁學的本質

磁鐵可以以磁性礦石的形式在自然狀態(tài)下找到，兩種主要類型是磁鐵礦（也稱為“氧化鐵”，F(xiàn)E3O4）和磁石（也稱為“引導石”）。如果這兩種天然磁鐵用繩子懸掛起來，它們會與地球磁場保持一致，始終指向北方。

這種效應的一個很好的例子是指南針的指針。對于大多數(shù)實際應用，這些天然磁鐵可以被忽略，因為它們的磁性非常低，而且如今，人造磁鐵可以以許多不同的形狀、尺寸和磁力強度生產。

基本上有兩種形式的磁學，“永磁體”和“臨時磁體”，使用的類型取決于其應用。有許多不同類型的材料可用于制造磁鐵，如鐵、鎳、鎳合金、鉻和鈷，在它們的自然狀態(tài)下，其中一些元素如鎳和鈷本身顯示出非常弱的磁性。

然而，當它們與其他材料（如鐵或過氧化鋁）混合或“合金化”時，它們會變成非常強的磁鐵，產生不尋常的名稱，如“alcomax”、“hycomax”、“alni”和“alnico”。

非磁性狀態(tài)下的磁性材料的分子結構以松散的磁性鏈或單獨的小磁鐵松散排列成隨機模式。這種排列的整體效果導致零或非常弱的磁性，因為每個分子磁鐵的這種隨意排列往往會中和其鄰居。

當材料被磁化時，這種隨機排列的分子會發(fā)生變化，未對齊的隨機分子磁鐵會“排列”起來，以產生一系列磁性排列。這種鐵磁材料的分子排列的想法被稱為韋伯理論，如下圖所示。

一塊鐵和磁鐵的磁性分子排列

磁性分子

韋伯的理論基于所有原子由于原子電子的旋轉動作而具有磁性。原子群結合在一起，使它們的磁場都在同一方向上旋轉。磁性材料由圍繞原子的分子級的小磁鐵群組成，磁化材料的大部分小磁鐵將僅在一個方向上排列，以在一個方向上產生北極，在另一個方向上產生南極。

同樣，一個材料的小分子磁鐵指向所有方向，其分子磁鐵將被其相鄰的磁鐵中和，從而中和任何磁性效應。這些分子磁鐵的區(qū)域被稱為“磁疇”。

任何磁性材料本身都會產生一個磁場，這取決于由軌道和旋轉電子建立的材料中磁疇的排列程度。這種排列程度可以通過稱為磁化強度M的量來指定。

在未磁化的材料中，M = 0，但一旦磁場被移除，一些磁疇在材料的小區(qū)域內仍然保持對齊。對材料施加磁化力的效果是使一些磁疇對齊，產生非零的磁化強度值。

一旦磁化力被移除，材料內的磁性將要么保留，要么迅速衰減，這取決于所使用的磁性材料。材料保留其磁性的能力稱為剩磁。

需要保留其磁性的材料將具有相當高的剩磁，因此用于制造永磁體，而那些需要迅速失去磁性的材料（如繼電器和螺線管的軟鐵芯）將具有非常低的剩磁。

磁通量

所有磁鐵，無論其形狀如何，都有兩個稱為磁極的區(qū)域，磁路內外的磁性在其周圍產生一系列有組織和平衡的不可見磁力線。這些磁力線統(tǒng)稱為磁鐵的“磁場”。這種磁場的形狀在某些部分比其他部分更強烈，磁鐵中具有最大磁性的區(qū)域稱為“極”。磁鐵的每一端都有一個極。

這些磁力線（稱為矢量場）不能用肉眼看到，但可以通過將鐵屑撒在一張紙上或使用小指南針來追蹤它們。磁極總是成對出現(xiàn)，磁鐵總有一個稱為北極的區(qū)域，總有一個相反的區(qū)域稱為南極。

磁場總是以力線的形式視覺上顯示，在材料的兩端給出一個明確的極，其中磁力線更密集和集中。組成磁場的線顯示方向和強度，稱為力線或更常見的“磁通量”，并賦予希臘符號Phi（Φ），如下所示。

條形磁鐵磁場的力線

磁力線中的磁學

如上所示，磁場在磁鐵的極附近最強，磁力線更緊密地排列。磁通量流動的一般方向是從北極（N）到南極（S）。此外，這些磁力線形成閉合環(huán)，離開磁鐵的北極并進入南極。磁極總是成對出現(xiàn)。

然而，磁通量實際上并不從北極流向南極或流向任何地方，因為磁通量是磁鐵周圍的靜態(tài)區(qū)域，其中存在磁力。換句話說，磁通量不流動或移動，它就在那里，不受重力影響。在繪制力線時出現(xiàn)了一些重要的事實：

力線從不交叉。

力線是連續(xù)的。

力線總是在磁鐵周圍形成單獨的閉合環(huán)。

力線有明確的方向，從北到南。

力線靠近在一起表示強磁場。

力線相距較遠表示弱磁場。

磁力像電力一樣吸引和排斥，當兩條力線靠近在一起時，兩個磁場之間的相互作用會導致以下兩種情況之一發(fā)生：

1.  –  當相鄰的極相同時，（北-北或南-南）它們相互排斥。

2.  –  當相鄰的極不同時，（北-南或南-北）它們相互吸引。

這種效應很容易通過著名的表達“異性相吸”來記住，并且可以使用鐵屑來展示磁鐵周圍的力線，以展示磁場的相互作用。各種極組合對磁場的影響如下所示，如同極相斥，異極相吸。

同極和異極的磁場

磁極中的磁學

當用指南針繪制磁場線時，會看到力線的產生方式是在磁鐵的每一端給出一個明確的極，其中力線離開北極并重新進入南極。磁性可以通過加熱或錘擊磁性材料來破壞，但不能通過簡單地打破磁鐵成兩片來破壞或隔離。

所以如果你拿一個普通的條形磁鐵并把它分成兩片，你不會有兩半磁鐵，而是每一片都會有它自己的北極和南極。如果你拿其中一片再分成兩片，每一片較小的磁鐵都會有一個北極和南極，依此類推。無論磁鐵的碎片變得多小，每一片仍然會有一個北極和南極，瘋狂！

然后，為了我們在電氣或電子計算中利用磁學，有必要定義磁學的各個方面。

磁學的大小

我們現(xiàn)在知道，力線或更常見的磁性材料周圍的磁通量被賦予希臘符號Phi（Φ），磁通量的單位是韋伯（Wb），以Wilhelm Eduard Weber命名。但在給定單位面積內的力線數(shù)量稱為“磁通密度”，由于磁通量（Φ）以（Wb）測量，面積（A）以平方米（m2）測量，因此磁通密度以韋伯/平方米或（Wb/m2）測量，并賦予符號B。

然而，當在磁學中提及磁通密度時，磁通密度被賦予特斯拉單位，以Nikola Tesla命名，因此1Wb/m2等于1特斯拉，1Wb/m2 = 1T。磁通密度與力線成正比，與面積成反比，因此我們可以定義磁通密度為：

磁通密度

磁學磁通密度

磁通密度的符號是B，磁通密度的單位是特斯拉，T。

磁通密度方程

重要的是要記住，所有磁通密度的計算都以相同的單位進行，例如，磁通量以韋伯為單位，面積以m2為單位，磁通密度以特斯拉為單位。

磁學示例No1

在圓形磁鐵中存在的磁通量測量為0.013韋伯。如果材料的直徑為12厘米，計算磁通密度。

磁性材料的橫截面積以m2為單位給出為：

磁學橫截面

磁通量給出為0.013韋伯，因此磁通密度可以計算為：

磁通密度

所以磁通密度計算為1.15特斯拉。

在處理電氣電路中的磁學時，必須記住，1特斯拉是磁場的密度，使得在垂直于磁場的導體上攜帶1安培電流時，每米長度上會感受到1牛頓的力，這將在下一個關于電磁學的教程中演示。