1.2 电磁学基础知识

1.2.1 磁场和磁力线

如果把一块条形磁铁移近一堆铁屑，它就会吸附上很多铁屑。这些被吸附的铁屑大部分集中在磁铁的两端，中间很少或者完全没有。这个现象说明，磁铁两端对铁屑的吸力最大，这两端就叫做磁铁的磁极。

用细线把条形磁铁悬挂起来，使它能在水平位置自由转动，当它静止时，总是有一个磁极指南，另一个磁极指北。通常，把指南的一端叫做南极，用字母S表示；把指北的一端叫做北极，用字母N表示。实验证明，同性磁极互相排斥，异性磁极互相吸引。因此，只要用一个小指南针就可以辨别任何磁铁的南、北极。当指南针移近磁铁的一端时，如果指南针的S极被吸引，那么磁铁的这一端就是N极，另一端就是S极。

磁铁、运动的带电体或载有电流导线的周围空间都有磁力作用，这种空间称为磁场。在电工学中，为了使磁场形象化，人们常用磁力线来描述磁场的形状和强弱。通常规定，在磁铁的外部，磁力线的方向总是从N极出发回到S极；而在磁铁的内部，磁力线则由S极回到N极，如图1-15（a）所示。如果两根磁铁的异性磁极靠得比较近，磁力线就从一根磁铁的N极出发进入靠得近的另一根磁铁的S极，形成闭合回路，如图1-15（b）所示。如果两根磁铁的同性磁极靠得比较近，磁力线将分别形成如图1-15（c）所示的闭合回路。所以，磁力线总是闭合的，不能中断。

图1-15 磁力线的特性

通常，用磁力线的疏密程度表明了磁场的强弱。在磁场强的地方，磁力线比较密；在磁场弱的地方，磁力线比较疏；在磁场均匀的地方，磁力线均匀且互相平行。

磁力线的方向即为磁针N极受磁场力作用的方向。因为在磁场中任意一点磁针只能受到一个磁场力的作用，所以磁力线互不相交。将一根长直导线通入直流电，并把小磁针放在通电导线的附近，当导线中的电流方向发生改变时，则小磁针所指示的磁力线的方向也会随着改变，这表明通电导线周围有磁场存在。如果导线中的电流方向一定，则磁力线的方向也一定。电流与磁力线方向之间的关系如图1-16所示。判定磁力线方向的方法：以右手握住导线，拇指指向电流方向，其余四指指的就是磁力线的方向，如图1-17所示。

图1-16 导线中的电流方向和导线周围磁力线的方向

图1-17 磁力线方向与电流方向的关系

将直导线弯成管状线圈，当通电时，也会产生磁场，其磁力线的分布情况如图1-18（a）所示，管状线圈磁力线的方向也同样可以用右手定则来判定：用右手四指握住线圈，使四指指向电流方向，则大拇指所指的便是磁力线方向，如图1-18（b）所示。

图1-18 通电线圈的磁场方向

从物理意义上讲，管状线圈内通过的电流越大，线圈匝数越多，所产生的磁场越强。也就是说，磁场的强弱决定于通过的电流（I）和线圈匝数（N）。电流和线圈匝数的乘积I·N称为磁动势（简称磁势），磁动势的单位是安培·匝数（简称安匝）。