在磁學(xué)教程中，我們簡(jiǎn)要地了解了永磁體如何在其周?chē)鷱谋睒O到南極產(chǎn)生磁場(chǎng)。

電磁力是所有其他力的基本力，這些力控制著原子和分子之間的相互作用，產(chǎn)生我們所知的電荷。

雖然永磁體產(chǎn)生了一個(gè)良好且有時(shí)非常強(qiáng)的靜態(tài)磁場(chǎng)，但在某些應(yīng)用中，這種磁場(chǎng)的強(qiáng)度仍然太弱，或者我們需要能夠控制存在的磁通量。因此，為了產(chǎn)生更強(qiáng)且更可控的磁場(chǎng)，我們需要使用電力。

通過(guò)使用繞在軟磁性材料（如鐵芯）上的線圈，我們可以產(chǎn)生非常強(qiáng)的電磁鐵，用于許多不同類(lèi)型的電氣應(yīng)用。這種使用線圈的方式在電和磁之間產(chǎn)生了一種關(guān)系，這給了我們另一種形式的磁學(xué)，稱(chēng)為電磁學(xué)。

當(dāng)電流通過(guò)簡(jiǎn)單導(dǎo)體（如一段電線或電纜）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電磁學(xué)，隨著電流通過(guò)整個(gè)導(dǎo)體，沿著整個(gè)導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。在導(dǎo)體周?chē)a(chǎn)生的小磁場(chǎng)有一個(gè)明確的方向，產(chǎn)生的“北極”和“南極”由通過(guò)導(dǎo)體的電流方向決定。

因此，有必要建立通過(guò)導(dǎo)體的電流與由此產(chǎn)生的圍繞它的磁場(chǎng)之間的關(guān)系，使我們能夠以電磁學(xué)的形式定義電和磁之間的關(guān)系。

我們已經(jīng)確定，當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生一個(gè)圓形電磁場(chǎng)，磁力線形成不交叉的完整環(huán)，圍繞整個(gè)導(dǎo)體的長(zhǎng)度。

這個(gè)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向由通過(guò)導(dǎo)體的電流方向決定，產(chǎn)生的相應(yīng)磁場(chǎng)在載流導(dǎo)體的中心附近更強(qiáng)。這是因?yàn)榄h(huán)的路徑長(zhǎng)度離導(dǎo)體越遠(yuǎn)，磁力線越弱，如下圖所示。

導(dǎo)體周?chē)拇艌?chǎng)

導(dǎo)體周?chē)拇艌?chǎng)

木螺釘動(dòng)作

確定導(dǎo)體周?chē)艌?chǎng)方向的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是考慮將普通木螺釘擰入一張紙中。當(dāng)木螺釘進(jìn)入紙張時(shí)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)作是順時(shí)針的，因此在紙張上方可見(jiàn)的唯一部分是螺釘頭。

如果木螺釘是pozidriv或philips類(lèi)型的頭設(shè)計(jì)，十字頭將可見(jiàn)。這個(gè)十字頭用于指示電流“流入”紙張并遠(yuǎn)離觀察者的方向

同樣，取出螺釘?shù)膭?dòng)作是相反的，逆時(shí)針或反時(shí)針。當(dāng)電流從頂部進(jìn)入時(shí)，它因此離開(kāi)紙張的下面。從下面可見(jiàn)的木螺釘?shù)奈ㄒ徊糠质锹葆數(shù)募舛嘶螯c(diǎn)。這個(gè)點(diǎn)用于指示電流“流出”紙張并朝向觀察者。

然后，將木螺釘擰入和擰出紙張的物理動(dòng)作指示了導(dǎo)體中常規(guī)電流流動(dòng)的方向，因此，圍繞它的電磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向如下圖所示。這個(gè)概念通常被稱(chēng)為右手螺旋動(dòng)作。

右手螺旋動(dòng)作

電磁學(xué)右手螺旋動(dòng)作

磁場(chǎng)通常意味著兩極的存在。一個(gè)被稱(chēng)為北極，另一個(gè)被稱(chēng)為南極。載流導(dǎo)體的極性可以通過(guò)繪制大寫(xiě)字母S和N來(lái)建立。如上圖所示，在字母的自由端添加箭頭將給出相應(yīng)磁場(chǎng)方向的視覺(jué)表示。

另一個(gè)更熟悉的概念，它確定了電流流動(dòng)的方向和圍繞導(dǎo)體的磁通量的結(jié)果方向，被稱(chēng)為“左手定則”。

電磁學(xué)左手定則

電磁學(xué)的左手定則

磁場(chǎng)的公認(rèn)方向是從其北極到南極。這個(gè)方向可以通過(guò)將載流導(dǎo)體握在左手中，拇指伸展指向電子流動(dòng)的方向（從負(fù)到正）來(lái)推斷。

手指橫跨和圍繞導(dǎo)體的位置現(xiàn)在將指向生成的磁力線的方向，如圖所示。

如果通過(guò)導(dǎo)體的電子流動(dòng)方向反轉(zhuǎn)，左手需要放在導(dǎo)體的另一側(cè)，拇指指向電子電流流動(dòng)的新方向。

同樣，當(dāng)電流反轉(zhuǎn)時(shí)，圍繞導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也會(huì)反轉(zhuǎn)，因?yàn)檎缥覀冎八f(shuō)，磁場(chǎng)的方向取決于電流流動(dòng)的方向。

這個(gè)“左手定則”也可以用于確定電磁線圈中磁極的磁方向。這次，手指指向電子流動(dòng)的方向（從負(fù)到正），而伸展的拇指指示北極的方向。這個(gè)規(guī)則有一個(gè)變體，稱(chēng)為“右手定則”，它基于所謂的常規(guī)電流流動(dòng)（正到負(fù)）。

考慮當(dāng)一根直導(dǎo)線彎曲成單個(gè)環(huán)的形式時(shí)，如下圖所示。雖然電流通過(guò)整個(gè)導(dǎo)線導(dǎo)體的長(zhǎng)度在同一方向上流動(dòng)，但它將通過(guò)紙張?jiān)谙喾捶较蛏狭鲃?dòng)。這是因?yàn)殡娏髟诩垙埖囊粋?cè)離開(kāi)并在另一側(cè)進(jìn)入，因此在紙張上產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針場(chǎng)和一個(gè)逆時(shí)針場(chǎng)。

這兩個(gè)導(dǎo)體之間的空間成為一個(gè)“強(qiáng)化”的磁場(chǎng)，力線以這樣一種方式展開(kāi)，它們呈現(xiàn)出條形磁鐵的形式，在交叉點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的北極和南極。

環(huán)周?chē)碾姶艑W(xué)

環(huán)周?chē)碾姶艌?chǎng)

環(huán)周?chē)牧€

環(huán)周?chē)牧€

通過(guò)環(huán)的兩個(gè)平行導(dǎo)體的電流方向相反，因?yàn)橥ㄟ^(guò)環(huán)的電流從左側(cè)退出并從右側(cè)返回。這導(dǎo)致環(huán)內(nèi)每個(gè)導(dǎo)體周?chē)拇艌?chǎng)彼此“相同”。

通過(guò)環(huán)流動(dòng)的電流產(chǎn)生的力線在兩個(gè)導(dǎo)體之間的空間中相互對(duì)立，其中兩個(gè)相同的極相遇，從而變形每個(gè)導(dǎo)體周?chē)牧€，如圖所示。

然而，兩個(gè)導(dǎo)體之間磁通量的變形導(dǎo)致在中間連接處的磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，力線變得更緊密。這兩個(gè)相同場(chǎng)之間的相互作用在兩個(gè)導(dǎo)體之間產(chǎn)生了一個(gè)機(jī)械力，因?yàn)樗鼈冊(cè)噲D相互排斥。在電機(jī)中，這兩個(gè)磁場(chǎng)的排斥產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

然而，由于導(dǎo)體不能移動(dòng)，因此這兩個(gè)磁場(chǎng)通過(guò)在相互作用線上生成一個(gè)北極和一個(gè)南極來(lái)相互幫助。這導(dǎo)致磁場(chǎng)在兩個(gè)導(dǎo)體之間的中間最強(qiáng)。導(dǎo)體周?chē)拇艌?chǎng)強(qiáng)度與導(dǎo)體的距離和通過(guò)它的電流量成正比。

即使有高電流通過(guò)，圍繞一段直載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)也非常弱。然而，如果幾圈導(dǎo)線沿著同一軸繞在一起形成一個(gè)線圈，產(chǎn)生的磁場(chǎng)將比單個(gè)環(huán)更集中和更強(qiáng)。這產(chǎn)生了一個(gè)更常見(jiàn)的電磁線圈，稱(chēng)為螺線管。

然后，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，每一段導(dǎo)線都會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生電磁效應(yīng)。磁場(chǎng)的方向取決于電流流動(dòng)的方向。我們可以通過(guò)將導(dǎo)線繞成線圈來(lái)增加產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度，我們將在下一個(gè)教程中更詳細(xì)地了解這種效應(yīng)。