电磁学
Electromagnetism
在《磁学》教程中，我们简要地了解了永久磁铁如何在自身周围产生从北极到南极的磁场。
电磁力是支配原子和分子之间相互作用的所有其它力的基础，这些相互作用产生了我们所知的电荷属性。
虽然永久磁铁能够产生良好且有时非常强大的静态磁场，但在某些应用中，这种磁场的强度仍然不足，或者我们需要能够控制所存在的磁通量大小。为此，我们需要使用电来产生更强、更可控的磁场。
通过在软磁材料（例如铁芯）上缠绕线圈，我们可以产生非常强大的电磁铁，用于多种电气应用。这种线圈的使用揭示了电与磁之间的关系，从而让我们获得了另一种磁性——电磁性。
当电流流经简单的导体（如一段导线或电缆）时，就会产生电磁性；随着电流沿导体全长流动，沿导体周围就会创建一个磁场。导体周围产生的微小磁场具有确定的方向，“北极”和“南极”的形成由导体中电流的方向决定。
因此，有必要建立电流流过导体与由此电流产生的导体周围磁场之间的关系，借此以电磁学的形式定义电与磁之间的对应关系。
我们已经确定，当电流流过导体时，会在其周围产生一个圆形电磁场，磁力线形成闭合环路，沿导体全长环绕且不相交。
该磁场的旋转方向由导体中电流的方向决定；且在靠近导体中心处，产生的磁场更强。这是因为环路路径越远离导体，其路径长度越大，导致磁通密度减弱，如下所示。
导体周围的磁场
Magnetic Field around a Conductor
确定导体周围磁场方向的一种简单方法是将一枚普通木螺钉拧入一张纸中。当木螺钉拧入纸中时，其旋转方向为顺时针，因此从纸面上方可见的仅有螺钉的螺帽部分。
如果该木螺钉采用十字槽（Pozidriv 或 Philips 型）头部设计，那么螺钉头上的十字标记将可见。正是这个十字标记用来表示电流“进入”纸面并远离观察者的方向。
同样地，拧出螺钉时的动作相反，为逆时针旋转。当电流从纸面顶部进入时，它从纸面底部离开。此时，从下方可见的仅有螺钉的尖端。正是这个尖端用来表示电流“流出”纸面并朝向观察者的方向。
因此，将木螺钉拧入和拧出纸面的物理动作就指示了导体中传统电流的方向，以及其周围电磁场旋转的方向，如下所示。该概念通常被称为右手螺旋作用Right Hand Screw Action。
右手螺旋作用
The Right Hand Screw Action
磁场通常意味着存在两个极，一个称为北极，另一个称为南极。可以通过在导体旁绘制大写字母 S 和 N，并在字母的自由端加上箭头，如上所示，来直观地表示相应磁场的方向。
另一种更常见的用于确定电流方向及导体周围磁通方向的概念称为“左手定则”。
磁场的公认方向是从北极到南极。将载流导体置于左手中，拇指沿电子流动方向（从负极到正极）伸出，此时手指环绕导体的方向即为产生的磁力线方向，如图所示。
如果导体中电子流向反转，左手需放到导体另一侧，拇指指向新的电子流动方向。由于磁场方向取决于电流方向，电流反转时，导体周围产生的磁场方向也将随之反转。
该“左手定则”同样可用于确定电磁线圈的极性：手指指向电子流动方向（负极到正极），伸出的拇指表示北极方向。另外，还有一种基于常规电流（从正极到负极）流向的“右手定则”变体。
考虑将一根直导线弯成一个单回路，如下所示。尽管电流在导线全长方向一致，但由于电流从纸的一侧离开并从另一侧进入，纸面两侧将各自产生顺时针和逆时针的磁场。
这两条导线之间的空间形成了一个“增强”磁场，磁力线以类似条形磁铁的方式向外扩散，并在相交处产生明显的北极和南极。
环形导线周围的电磁现象
Electromagnetism around a Loop
环路中两根平行导体中的电流方向是相反的——电流从环路的左侧流出，又从右侧返回。这导致环路内部每根导体周围的磁场方向相互“相同”。
Lines of Force around the Loop
由流经环路的电流产生的磁力线在两根导体相邻处（即同极相遇的空间内）互相抵消，从而使每根导体周围的磁力线发生了如图所示的变形。
然而，两导体之间磁通的这种扭曲，会在它们之间的中间交汇处造成磁场强度的增强，因为此处的磁力线间距更密集。两相同磁场之间的相互作用会产生一股机械力，驱使两根导体彼此排斥。在电机中，正是这两股磁场的排斥力驱动了运动。
由于导体本身不能移动，这两股磁场便通过在交互线上产生一个北极和南极来相互配合，从而使得两导体之间中间区域的磁场最为强烈。导体周围磁场的强度与离导体的距离及导体中流经的电流大小成正比。
单根直导线在通以大电流时所产生的磁场仍然非常微弱。然而，如果将数圈导线同轴地绕在一起，形成一个线圈，那么所得的磁场就会比单一回路更为集中、更加强大。这种电磁线圈通常称为 螺线管（Solenoid）。
因此，任何通电的导线都会在自身周围产生电磁效应，其磁场方向取决于电流的流动方向。我们可以通过将导线绕成线圈来增强所产生的磁场强度——下一节教程将更详细地探讨这一效应。
电磁学总结
电磁学基本概念
永久磁铁产生静态磁场，磁力线自北极指向南极。
电流也能产生磁场——这就是电磁现象。
导体周围磁场的形成
通电导体周围会出现同心圆形磁场，磁力线形成闭合环路。
磁场强度与电流大小成正比，与距离成反比。
磁场方向的判定方法
右手螺旋作用（Right-Hand Screw Action） 将螺钉顺时针拧入纸中，其十字槽面朝上，表示电流“流入”纸面；逆时针拧出，其尖端朝上，表示电流“流出”纸面。
左手定则（Left-Hand Rule） 拇指指向电子流（负→正），四指环绕导体的方向即为磁力线方向。
右手定则则是以传统电流方向（正→负）为基准的变体。
环路（单回路）磁场叠加
单根导线弯成回路后，回路两侧产生顺、逆时针场。
两平行线段内部磁场同向叠加，中间区域磁通密集；空间外部磁场相互抵消。
相同磁场相互排斥，会在导线间产生机械推斥力；在电机中驱动转动。
螺线管（Solenoid）
多圈同轴线圈的磁场更集中、更强，相当于一个电磁铁。
通过增大匝数或电流可进一步增强磁场强度。
核心要点：
电流—磁场的对应关系；
方向判定的三种常用法则；
回路与螺线管的磁场强化效应。
附录
单词表
声明
本文翻译自 electronics-tutorials
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