電生磁

磁場的方向可以根據“右手螺旋定則”又稱“安培定則一”來確定：用右手握住直導線，讓大拇指的方向指向電流的方向，那麼四指彎曲的方向就是磁場方向。實際上，這種直導線產生的磁場類似於在導線周圍放置了一圈NS極首尾相接的小磁鐵的效果。

如果將一條長長的金屬導線在一個空心筒上沿一個方向纏繞起來，形成的物體我們稱為螺線管。如果使這個螺線管通電，那麼會怎樣？通電以後，螺線管的每一匝都會產生磁場，磁場的方向“安培定則二”：用右手握住通電螺線管，讓四指指向電流的方向，那麼大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。那麼，在相鄰的兩匝之間的位置，由於磁場方向相反，總的磁場相抵消；而在螺線管內部和外部，每一匝線圈產生的磁場互相疊加起來，最終形成了如圖2所示的磁場形狀。也可以看出，在螺線管外部的磁場形狀和一塊磁鐵產生的磁場形狀是相同的。而螺線管內部的磁場剛好與外部的磁場組成閉合的磁力線。

電生磁的一個應用實例是實驗室常用的電磁鐵。為了進行某些科學實驗，經常用到較強的恆定磁場，但只有普通的螺線管是不夠的。為此，除了儘可能多地繞制線圈以外，還採用兩個相對的螺線管靠近放置，使得它們的N、S極相對，這樣兩個線包之間就產生了一個較強的磁場。另外，還在線包中間放置純鐵（稱為磁軛），以聚集磁力線，增強線包中間的磁場，

對於一個很長的螺線管，其內部的磁場大小用下面的公式計算：H=nI

在這個公式中，I是流過螺線管的電流，n是單位長度內的螺線管圈數。

如果有兩條通電的直導線相互靠近，會發生什麼現象？我們首先假設兩條導線的通電電流方向相反，那麼，根據上面的說明，兩條導線周圍都產生圓形磁場，而且磁場的走向相反。在兩條導線之間的位置會是什麼情況呢？不難想象，在兩條導線之間，磁場方向相同。這就好像在兩條導線中間放置了兩塊磁鐵，它們的N極和N極相對，S極和S極相對。由於同性相斥，這兩條導線會產生排斥的力量。類似地，如果兩條導線通過的電流方向相同，它們會互相吸引。

如果一條通電導線處於一個磁場中，由於導線也產生磁場，那麼導線產生的磁場和原有磁場就會發生相互作用，使得導線受力。這就是電動機和喇叭的基本原理。

電和磁是不可分割的，它們始終交織在一起。簡單地說，就是電生磁、磁生電。

磁體能夠吸引鋼鐵一類的物質。它的兩端吸引鋼鐵的能力最強，這兩個部位叫做磁極。能夠自由轉動的磁體，例如懸吊著的磁針，靜止時指南的那個磁極叫做南極，又叫S極；指北的那個磁極叫做北極，又叫N極。異名磁極相互吸引，同名磁極相互排斥。磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質稱為磁性。磁鐵兩端磁性強的區域稱為磁極，一端為北極（N極），一端為南極（S極）。實驗證明，同性磁極相互排斥，異性磁極相互吸引。

鐵中有許多具有兩個異性磁極的原磁體，在無外磁場作用時，這些原磁體排列紊亂，它們的磁性相互抵消，對外不顯示磁性。當把鐵靠近磁鐵時，這些原磁體在磁鐵的作用下，整齊地排列起來，使靠近磁鐵的一端具有與磁鐵極性相反的極性而相互吸引。這說明鐵中由於原磁體的存在能夠被磁鐵所磁化。而銅、鋁等金屬是沒有原磁體結構的，所以不能被磁鐵所吸引。

什麼是磁性？簡單說來，磁性是物質放在不均勻的磁場中會受到磁力的作用。在相同的不均勻磁場中，由單位質量的物質所受到的磁力方向和強度，來確定物質磁性的強弱。因為任何物質都具有磁性，所以任何物質在不均勻磁場中都會受到磁力的作用。

在磁極周圍的空間中真正存在的不是磁感線（註：由於磁場是看不見摸不著的一種引力場，科學家用一種帶箭頭的直線（也可以是虛線）來表示磁場的存在，稱之為磁感線。），而是一種場，我們稱之為磁場。磁性物質的相互吸引等就是通過磁場進行的。我們知道，物質之間存在萬有引力，它是一種引力場。磁場與之類似，是一種布滿磁極周圍空間的場。磁場的強弱可以用假想的磁力線數量來表示，磁力線密的地方磁場強，磁力線疏的地方磁場弱。單位截面上穿過的磁力線數目稱為磁通量密度。

運動的帶電粒子在磁場中會受到一種稱為洛侖茲(Lorentz)力作用。由同樣帶電粒子在不同磁場中所受到洛侖磁力的大小來確定磁場強度的高低。特斯拉是磁通密度的國際單位制單位。磁通密度是描述磁場的基本物理量，而磁場強度是描述磁場的輔助量。尼古拉·特斯拉（塞爾維亞語：Никола Тесла；1856年7月10日－1943年1月7日）是塞爾維亞裔美籍發明家、物理學家、機械工程師、電機工程師和未來學家。他被認為是電力商業化的重要推動者，並因主要設計了現代交流電力系統而最為人知。

物質的磁性不但是普遍存在的，而且是多種多樣的，並因此得到廣泛的研究和應用。近自我們的身體和周邊的物質，遠至各種星體和星際中的物質，微觀世界的原子、原子核和基本粒子，宏觀世界的各種材料，都具有這樣或那樣的磁性。

世界上的物質究竟有多少種磁性呢？一般說來，物質的磁性可以分為弱磁性和強磁性，再根據磁性的不同特點，弱磁性又分為抗磁性、順磁性和反鐵磁性，強磁性又分為鐵磁性和亞鐵磁性。這些都是宏觀物質的原子中的電子產生的磁性，原子中的原子核也具有磁性，稱為核磁性。但是核磁性只有電子磁性的約千分之一或更低，故一般講物質磁性和原子磁性都主要考慮原子中的電子磁性。原子核的磁性很低是由於原子核的質量遠高於電子的質量，而且原子核磁性在一定條件下仍有著重要的應用，例如現在醫學上應用的核磁共振成像(也常稱磁共振CT，CT是計算機化層析成像的英文名詞的縮寫)，便是應用氫原子核的磁性。

磁性材料可分為軟磁性材料如鐵和硬 磁性材料 如鋼 鐵等。

歷史上，電與磁是分別發現和研究的。後來，電與磁之間的聯繫被發現了，如奧斯特（H.C.Oersted）發現的電流磁效應和安培發現的電流與電流之間相互作用的規律。再後來，法拉第提出了電磁感應定律，這樣電與磁就連成一體了。19世紀中葉，麥克斯韋提出了統一的電磁場理論，實現了物理學的第二次大綜合。電磁 定律與力學規律有一個截然不同的地方。根據牛頓的設想，力學考慮的相互作用，特別是萬有引力相互作用，是超距的相互作用，沒有力的傳遞問題（當然，用現代觀點看，引力也應該有傳遞問題）,而電磁相互作用是場的相互作用。從粒子的超距作用到電磁場的“場的相互作用”，這在觀念上有很大變化。場的效應被突出出來了。電場與磁場不斷相互作用造成電磁波的傳播，這一點由赫茲在實驗室中證實了。電磁波不但包括無線電波，實際上包括很寬的頻譜，其中很重要的一部分就是光波。光學在過去是與電磁學完全分開發展的，麥克斯韋電磁理論建立以後，光學也變成了電磁學的一個分支了，電學、磁學和光學得到了統一。這個統一在技術上有重要意義，發電機、電動機幾乎都是建立在電磁感應基礎上的。電磁波的應用導致現代的無線電技術。直到現在，電磁學在技術上還是起主導作用的一門學問，因此，在基礎物理學中電磁學始終保持它的重要地位。電磁學牽涉到在什麼參考系統中來看問題，牽涉到運動導體的電動力學問題。直觀地說，“電流即電荷的流動產生磁效應”，但判斷電荷是否流動就牽涉到觀察者的問題——參考系問題。光學是電磁學的一部分，所以這個問題也可表達成“光的傳播與參考系統有什麼關係”。邁克耳孫－莫雷實驗表明慣性系中真空光速為不變數。這樣一來，也就肯定了在慣性系統中電磁學遵循同一規律。這實際上導致了後來的愛因斯坦狹義相對論。狹義相對論基本上是電磁學的進一步發展和推廣。邁克耳孫－莫雷實驗在19世紀還沒能解釋清楚，這是19世紀遺留的一個重要問題。

1、定義：磁體周圍存在著的物質，它是一種看不見、摸不著的特殊物質。(根本定義)

磁場看不見、摸不著我們可以根據它所產生的作用來認識它。這裡使用的是轉換法。通過電流的效應認識電流也運用了這種方法。

2、基本性質：磁場對放入其中的磁體產生力的作用。磁極間的相互作用是通過磁場而發生的。

3、方向規定：在磁場中的某一點，小磁針北極靜止時所指的方向（小磁針北極所受磁力的方向）就是該點磁場的方向。

4、磁感應線：

①定義：在磁場中畫一些有方向的曲線。任何一點的曲線方向都跟放在該點的磁針北極所指的方向一致。

②方向：磁體周圍的磁感線都是從磁體的北極出來，回到磁體的南極。

③典型磁感線：

④說明：A、磁感線是為了直觀、形象地描述磁場而引入的帶方向的曲線，不是客觀存在的。但磁場客觀存在。

B、用磁感線描述磁場的方法叫建立理想模型法。

C、磁感線是封閉的曲線。

D徠、磁感線立體地分佈在磁體周圍，而不是平面的。

E、磁感線不相交。

F、磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。

5、磁極受力：在磁場中的某點，北極所受磁力的方向跟該點的磁場方向一致，南極所受磁力的方向跟該點的磁場方向相反。

6、分類：

Ι、地磁場：

① 定義：在地球周圍的空間里存在的磁場，磁針指南北是因為受到地磁場的作用。

②磁極：地磁場的北極在地理的南極附近，地磁場的南極在地理的北極附近。

③磁偏角：地理的南北極並不與磁鐵的南北極在一條直線上。這一現象首先由我國宋代的沈括發現並記入在《夢溪筆談》中。

Ⅱ、電流的磁場：

①奧斯特實驗：通電導線的周圍存在磁場，稱為電流的磁效應。該現象在1820年被丹麥的物理學家奧斯特發現。該現象說明：通電導線的周圍存在磁場，且磁場與電流的方向有關。

②通電螺線管的磁場：通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場一樣。其兩端的極性跟電流方向有關，電流方向與磁極間的關係可由安培定則來判斷

電生磁是否消耗電能

如果磁場不對外做功，那麼不會消耗電能，若相反必消耗。能量必須守恆。

1、磁性：磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質（吸鐵性）

2、磁體：定義：具有磁性的物質

分類：永磁體分為 天然磁體、人造磁體

3、磁極：定義：磁體上磁性最強的部分叫磁極。（磁體兩端最強中間最弱）

種類：水平面自由轉動的磁體，指南的磁極叫南極（S），指北的磁極叫北極（N）

作用規律：同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引。

說明：最早的指南針叫司南。一個永磁體分成多部分后，每一部分仍存在兩個磁極。

4、磁化： ① 定義：使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程。

磁鐵之所以吸引鐵釘是因為鐵釘被磁化后，鐵釘與磁鐵的接觸部分間形成 異名磁極，異名磁極相互吸引的結果。

②鋼和軟鐵的磁化：軟鐵被磁化后，磁性容易消失，稱為軟磁材料。鋼被磁化后，磁性能長期保持，稱為硬磁性材料。所以製造永磁體使用鋼，製造電磁鐵的鐵芯使用軟鐵。

5、物體是否具有磁性的判斷方法：①根據磁體的吸鐵性判斷。②根據磁體的指向性判斷。③根據磁體相互作用規律判斷。④根據磁極的磁性最強判斷。

練習：☆磁性材料在現代生活中已經得到廣泛應用，音像磁帶、計算機軟盤上的磁性材料就具有硬磁性。（填“軟”和“硬”）

☆ 磁懸浮列車底部裝有用超導體線圈繞制的電磁體，利用磁體之間的相互作用，使列車懸浮在軌道的上方以提高運行速度，這種相互作用是指：同名磁極的相互排斥作用。

☆放在條形磁鐵南極附近的一根鐵棒被磁化后，靠近磁鐵南極的一端是磁北極。

☆用磁鐵的N極在鋼針上沿同一方向摩擦幾次

鋼針被磁化如圖那麼鋼針的右端被磁化成 S極。