BLDC实战项目之电磁学，你跟上了吗？

一、磁场的发现过程和一些实验现象

在我们生活中，有男人、女人。白天，黑夜。道家讲究阴阳2极。

自然界中的磁体总是存在俩个磁极，一个N极一个S极。磁极之间的相互作用与电荷之间的相互作用有着相似的特征，同名磁极或同种电荷相互排斥，异名磁极或异种电荷相互吸引。

电与磁的首次发现：丹麦物理学家奥斯特在一次讲课的过程中，偶然的把一根导线放在一个指南针的上方，通电后，磁针转动了，这个场景是奥斯特期待已久的。经过大量的研究后，奥斯特宣布发现了电流的磁效应，首次揭幕了电与磁之间的关系。

在奥斯特之后，安培等科学家做了许多研究，不仅发现通电导线对磁体具有作用力，磁体对通电导线也具有作用力。

这些互相作用是怎样发生的？其实，就像电荷的相互作用是通过电场发生的，磁体与磁体之间，磁体与通电导体之间，通电导体和通电导体之间的相互作用，是通过磁场发生的。

磁场看不见摸不着，但他与电场类似，都是客观存在的物质。

二、描述磁场的方法：磁感线

给一根导线通上电流，在这根导线周围均匀的撒上一些碎铁屑，这些铁屑在磁场里磁化为一个个小磁针，我们敲击周围，铁屑就会规则的排列起来。

我们沿着铁屑画出一些曲线，这样的曲线就叫做磁感线。

磁感线是用来形象的描述磁场的方向和磁场的分布的。

通过下图条形磁体的磁场分布方式，在物理学中规定：这个条形磁体N极所指向的方向规定为磁场的方向。

磁场的方向是由N极指向S极的。

三、安培定则：右手螺旋定则

在通电直导线中利用安培定则判断磁场方向（磁感线方向）：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指向的方向和电流方向一致，弯曲的四指所指向的方向就是磁感线环绕的方向。

在通电螺线管中利用安培定则判断磁场方向（磁感线方向）：通电螺线管可以看做是许多匝环形电流串联而成的。让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指向的方向就是环形导线轴线上磁场的方向。大拇指所指向的方向就是N极。

四、磁感应强度

前面的内容我们通过安培定则可以结合磁感线分析出磁场的方向和磁场的分布，但我们很难进一步进行定量分析。

磁感应强度的推导流程如下：

科学家们做的实验1：通电导线与磁场方向垂直时，导线受力的大小既与导线的长度L成正比，又与导线中的电流I成正比，用公式表示：

F=ILB

蹄型磁铁的磁场分布：把蹄形磁铁内部磁场看成是磁场大小相等方向相同的磁场，也就是匀强磁场。

在这个公式中，B与导线的长度和电流都没有关系。然后通过这样的实验现象继续分析

当我们把I和L设为固定值，然后改变这个蹄形磁铁的材质（间接的改变了磁场的大小（强弱），磁场方向不变），作上述相同的实验，此时发现导线受到力是不一样的。

F=ILB

所以通过上述的分析：B就是我们要寻找的表征磁场强弱的物理量-磁感应强度。

B = F/IL

磁感应强度B的单位是由F、I、和L单位决定。在国际单位制中，磁感应强度的单位是特斯拉(tesla)，简称特，单位是T，

1T = 1N/(A*m)

五、匀强磁场

如果磁场中各个点的磁感应强度大小相等，方向相同，那么这个磁场就叫做匀强磁场。

距离很近的俩个平行异名磁极之间的磁场，除了边缘部分外，我们可以认为是匀强磁场。匀强磁场中的磁感线用一些间隔相等的平行直线表示。

六、安培力的方向

趣味概念：安培在研究电磁场与电流的相互作用方面做出了伟大的贡献，为了纪念这位杰出的科学家，人们把通电导线在磁场中受到的力称为安培力。把电流的单位定为安培，A。

科学家们做了大量实验表明：通电导线在磁场中受到的方向与电流方向、磁感应强度的方向都垂直。

那么我们可以用左手定则进行安培力的方向判定：伸开左手，拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心垂直进入，并使四指指向电流方向，这时拇指所指向的方向就是通电导线在磁场中所受安培力的方向。

通过左手定则，我们手里分析得到一个结论：当磁感应强度方向与通电导线平行的时候，通电导线的受力F=0。

安培力的计算公式（磁场方向与导体电流方向垂直）：

F=ILB

磁感应强度B的方向与电流方向成θ角。根据矢量运算法则，B可以分解为与电流方向垂直的分量B⊥和与电流方向平行的方向B∥：

其中B∥与导线是没有作用力，导线受到的安培力F只是B⊥产生的，由此得到：

F=ILBsinθ

从公式反推导：θ角是导体电流方向与磁感应强度方向的夹角，如果两者之间是平行的，那么这个θ角度是0°或者180°，sin0°=0，sin180°=0，所以安培力F也就是为0。

七、磁通量

假设在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个与磁场方向垂直的平面，面积为S，则我们把B与S的乘积叫做穿过这个面积的磁通量，简称磁通。用字母φ表示磁通量。

φ = BS

如果磁感应强度B与平面不垂直，那我们用这个这个面在垂直于磁感应强度B的方向的投影面积于B的乘积表示磁通量。

φ = BScosθ

在国际单位制中，磁通量的单位是韦伯(weber)，简称韦，符号是Wb

1wb - 1T*m2

φ = BS得出B=φ/S,表示磁感应强度的大小等于穿过垂直磁场方向的单位面积的磁通量。