6.7 磁场的产生

6.7 磁场的产生

磁场通常产生于导线电流、线环电流、螺线管电流和地球电流（图 6.14）。

I 的螺线管产生磁场 $B$，以圆形线条表示。中间，标有 N 极和 S 极的条形磁铁显示出从北极发出并弯曲回到南极的磁感线。右侧，带有箭头的椭圆形表示磁感线的方向。">

图 6.14 磁场源：导线、地球、电流。

任何运动电荷周围总是存在磁场。在某些方面，这种场类似于引力场。我们将它们定义为在空间中对电荷或物体施加作用的一种方式。我们用磁力线来表示磁场。在磁体外部，这些磁力线总是从北极流向南极，而在磁体内部则从南极流向北极（图 6.15）。

图 6.15 磁场磁力线。

天然磁体或电磁铁可以产生磁场。天然磁体是一种周围存在磁场并具有吸引铁、钢以及（程度较轻的）某些其他物体特性的物体。强烈的撞击或温度升高会减弱天然磁体的这些磁特性。有时，这些特性甚至会随时间推移而消失。

因此，在适应预期性能方面，它们不够灵活。鉴于此，天然磁体产生的磁场缺乏工业应用通常所需的可控性。因此，除某些特殊应用外，我们通常不使用天然磁体来产生电机运行所需的磁场。在电磁铁中，我们有一组磁性材料片，导体缠绕在上面形成具有 N 匝的线圈（图 6.16）。电流通过绕组即产生电磁铁。

图 6.16 电磁铁。

流经线圈的电流产生电磁铁，其磁特性取决于流经线圈的电流。这赋予了电磁铁高度的可控性。这是因为控制电流足以按需控制电磁铁产生的磁场特性。右手定则展示了对应于电流流动方向的北极和南极的位置（图 6.17）。

图 6.17 电磁铁产生的磁场。

我们用右手握住电磁铁，拇指伸出，其余四指指尖指向导线中电流流动的方向。此时，拇指指尖指示磁力线的方向。这些磁力线也显示了北极的位置。这是因为磁力线从北极发出，进入南极。这就是右手定则。请记住，改变电流流向也会改变磁极的位置。因此，当用直流电激励电磁铁时，磁极的位置保持恒定。

相反，当用交流电激励电磁铁时，每当电流方向改变，磁极的位置就会随之改变。显然，在磁性材料上以相反方向缠绕导体，也可以在导线电流流向相同的情况下反转磁极的位置。

换言之，电磁铁的构造涉及改变线圈的绕向。格拉姆机由比利时发明家泽诺布·格拉姆于 1871 年设计，用于发电（图 6.18）。他的创新在于在环形电枢上缠绕多个电枢绕组，并利用多片换向器进行切换，以平滑输出波形，产生恒定的直流电。

图 6.18 格拉姆机。来源 维基共享资源，免费使用许可 [17]

总之，由于其可控性，电磁铁成为电机产生其运行所需磁场的方式。