BLDC實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目之電磁學(xué)，你跟上了嗎？

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一、磁場(chǎng)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程和一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
在我們生活中，有男人、女人。白天，黑夜。道家講究陰陽(yáng)2極。
自然界中的磁體總是存在倆個(gè)磁極，一個(gè)N極一個(gè)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?jiàn)W斯特在一次講課的過(guò)程中，偶然的把一根導(dǎo)線放在一個(gè)指南針的上方，通電后，磁針轉(zhuǎn)動(dòng)了，這個(gè)場(chǎng)景是奧斯特期待已久的。經(jīng)過(guò)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(duì)磁體具有作用力，磁體對(duì)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(shí)，就像電荷的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)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(guò)磁場(chǎng)發(fā)生的。
磁場(chǎng)看不見(jiàn)摸不著，但他與電場(chǎng)類(lèi)似，都是客觀存在的物質(zhì)。
二、描述磁場(chǎng)的方法：磁感線
給一根導(dǎo)線通上電流，在這根導(dǎo)線周?chē)�均勻的撒上一些碎鐵屑，這些鐵屑在磁場(chǎng)里磁化為一個(gè)個(gè)小磁針，我們敲擊周?chē)�，鐵屑就會(huì)規(guī)則的排列起來(lái)。

我們沿著鐵屑畫(huà)出一些曲線，這樣的曲線就叫做磁感線。

磁感線是用來(lái)形象的描述磁場(chǎng)的方向和磁場(chǎng)的分布的。
通過(guò)下圖條形磁體的磁場(chǎng)分布方式，在物理學(xué)中規(guī)定：這個(gè)條形磁體N極所指向的方向規(guī)定為磁場(chǎng)的方向。
磁場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的方向。大拇指所指向的方向就是N極。

四、磁感應(yīng)強(qiáng)度
前面的內(nèi)容我們通過(guò)安培定則可以結(jié)合磁感線分析出磁場(chǎng)的方向和磁場(chǎng)的分布，但我們很難進(jìn)一步進(jìn)行定量分析。
磁感應(yīng)強(qiáng)度的推導(dǎo)流程如下：
科學(xué)家們做的實(shí)驗(yàn)1：通電導(dǎo)線與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，導(dǎo)線受力的大小既與導(dǎo)線的長(zhǎng)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(chǎng)分布：把蹄形磁鐵內(nèi)部磁場(chǎng)看成是磁場(chǎng)大小相等方向相同的磁場(chǎng)，也就是勻強(qiáng)磁場(chǎng)。

在這個(gè)公式中，B與導(dǎo)線的長(zhǎng)度和電流都沒(méi)有關(guān)系。然后通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)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(gè)蹄形磁鐵的材質(zhì)（間接的改變了磁場(chǎng)的大�。◤�(qiáng)弱），磁場(chǎng)方向不變），作上述相同的實(shí)驗(yàn)，此時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線受到力是不一樣的。
F=ILB
所以通過(guò)上述的分析：B就是我們要尋找的表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量-磁感應(yīng)強(qiáng)度。
B = F/IL
磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是由F、I、和L單位決定。在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉(tesla)，簡(jiǎn)稱(chēng)特，單位是T，
1T = 1N/(A*m)
五、勻強(qiáng)磁場(chǎng)
如果磁場(chǎng)中各個(gè)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相同，那么這個(gè)磁場(chǎng)就叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng)。
距離很近的倆個(gè)平行異名磁極之間的磁場(chǎng)，除了邊緣部分外，我們可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)。勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(chǎng)與電流的相互作用方面做出了偉大的貢獻(xiàn)，為了紀(jì)念這位杰出的科學(xué)家，人們把通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的力稱(chēng)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(shí)驗(yàn)表明：通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到的方向與電流方向、磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向都垂直。
那么我們可以用左手定則進(jìn)行安培力的方向判定：伸開(kāi)左手，拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從掌心垂直進(jìn)入，并使四指指向電流方向，這時(shí)拇指所指向的方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受安培力的方向。



通過(guò)左手定則，我們手里分析得到一個(gè)結(jié)論：當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度方向與通電導(dǎo)線平行的時(shí)候，通電導(dǎo)線的受力F=0。
安培力的計(jì)算公式（磁場(chǎng)方向與導(dǎo)體電流方向垂直）：
F=ILB

磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向與電流方向成θ角。根據(jù)矢量運(yùn)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(méi)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(qiáng)度方向的夾角，如果兩者之間是平行的，那么這個(gè)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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)與磁場(chǎng)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(guò)這個(gè)面積的磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通。用字母φ表示磁通量。
φ = BS
如果磁感應(yīng)強(qiáng)度B與平面不垂直，那我們用這個(gè)這個(gè)面在垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向的投影面積于B的乘積表示磁通量。
φ = BScosθ

在國(guó)際單位制中，磁通量的單位是韋伯(weber)，簡(jiǎn)稱(chēng)韋，符號(hào)是Wb
1wb - 1T*m2
φ = BS得出B=φ/S,表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小等于穿過(guò)垂直磁場(chǎng)方向的單位面積的磁通量。

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