BLDC實戰(zhàn)項目之電磁學，你跟上了嗎？

SMT技術分享

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)：丹麥物理學家奧斯特在一次講課的過程中，偶然的把一根導線放在一個指南針的上方，通電后，磁針轉動了，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，首次揭幕了電與磁之間的關系。

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

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，磁體與通電導體之間，通電導體和通電導體之間的相互作用，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。
二、描述磁場的方法：磁感線
給一根導線通上電流，在這根導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、磁感應強度
前面的內容我們通過安培定則可以結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。
磁感應強度的推導流程如下：
科學家們做的實驗1：通電導線與磁場方向垂直時，導線受力的大小既與導線的長度L成正比，又與導線中的電流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與導線的長度和電流都沒有關系。然后通過這樣的實驗現(xiàn)象繼續(xù)分析
當我們把I和L設為固定值，然后改變這個蹄形磁鐵的材質（間接的改變了磁場的大�。◤娙酰�，磁場方向不變），作上述相同的實驗，此時發(fā)現(xiàn)導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-磁感應強度。
B = F/IL
磁感應強度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家，人們把通電導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。
科學家們做了大量實驗表明：通電導線在磁場中受到的方向與電流方向、磁感應強度的方向都垂直。
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，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論：當磁感應強度方向與通電導線平行的時候，通電導線的受力F=0。
安培力的計算公式（磁場方向與導體電流方向垂直）：
F=ILB

磁感應強度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∥與導線是沒有作用力，導線受到的安培力F只是B⊥產(chǎn)生的，由此得到：
F=ILBsinθ
從公式反推導：θ角是導體電流方向與磁感應強度方向的夾角，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
假設在磁感應強度為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,表示磁感應強度的大小等于穿過垂直磁場方向的單位面積的磁通量。

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