用三句話牢記電和磁的關系

蔣家響JIANG Jia-xiang；衣紹麗YI Shao-li

（①煙臺工程職業技術學院，煙臺264006；②煙臺船舶工業學校，煙臺264006）

0 引言

電和磁的關系是電工學中非常重要的一部分內容，是理解掌握電動機、發電機、變壓器、電磁鐵以及彩電和示波器的顯像管偏轉系統等電氣設備工作原理的基礎，是電工技術人員必須掌握的基本知識。但是，這部分內容的概念、公式、定理比較繁雜、抽象，極易混淆。比如，不僅有電和磁的知識，還有電磁力的內容；既要分析直導體又要分析線圈；磁場、感生電動勢、電流、電磁力等既有大小還有方向；既有右手定則還有左手定則等。根據筆者的體會和二十多年的教學實踐發現，大部分人對這部分知識掌握的不是很好，常常把每個知識點孤立起來學習，摸不著頭緒，學了忘，忘了再學，反反復復，不勝其煩。筆者經過思考分析和教學實踐，把這部分的內容進行總結和組合，化繁為簡，用三句話作為線索，把眾多的知識點聯系起來，歸納成了具有三句話、四個層次、12個知識點的一個結構清晰、簡單明了、容易記憶的框圖，再把每句話進行細化、對比、聯想記憶，就能夠記得牢固，久久不忘。經過三四年的教學實踐證明，效果很好。

1 三句話牢記電和磁的關系結構框圖（圖1）

2 對框圖（圖1）的解析

2.1 框圖（圖1）中第一層次“電生磁、磁生電、電和磁生電磁力”三句話朗朗上口、簡單易記。但這三句話要重點注意以下細節：第一句話電生磁中的“電”指電流，這個電流既可以是交流電也可以是脈動的直流和穩恒的直流電，都可以產生磁場。第二句話磁生電中的“磁”一定是動磁，即變化的磁：或者是直導體切割磁力線，或者是線圈中的磁場發生變化；第二句話磁生電中的“電”指的是電動勢，電動勢是用來描述電源的，所以可以把切割磁力線的導體和磁通發生變化的線圈看做電源，這也是用符號E來表示的原因。第三句話電和磁生電磁力中的“電”指電流，這句話的記憶可以和生活中父母給孩子起名字聯系起來。孩子是父親和母親共同作用的成果，必然帶有父親和母親的基因，很多孩子的名字都是父親的姓加母親的姓再加一個字。同樣電磁力也是由電和磁共同作用產生的，必然也與電流的大小和磁感應強度有關，所以計算公式e=B L V sinα中必須有磁感應強度B和電流強度I。

圖1 電和磁的關系結構框圖

2.2 框圖1中三句話的第二層次和第三層次都相同，每一句話都分析了直導體和線圈兩種元件，每種元件又都從大小和方向兩個方面進行分析。這樣自然而然地出現了第四層次的12個知識點。

2.3 總的說來，三句話結構相同，每句話都分直導體和線圈兩種形式，每種形式又都從方向和大小兩個方面分析，結構相同，記憶方便。對于12個知識點，主要采用對比的方法進行記憶。

①右手定則和左手定則的區分：右手定則用在前兩句話“電生磁”和“磁生電”中，即由一種物質生成另一種物質；左手定則用在第三句話中，即由兩種物質生成力。這樣能夠把左右手定則很清楚地區別開來。右手定則有手握起來和手伸開兩種情況，手握起來用在第一句話中，對于直導體來說，電流方向是直的，自然而然由大拇指表示；對于線圈來說，電流方向是螺旋的，自然而然由彎曲的四指表示。第二句話中的右手定則和第三句話中的左手定則的描述差不多，都是伸開手掌，四指代表電的方向（電動勢或電流），大拇指代表導體運動或電磁力的方向。

②第二句話“磁生電”中的線圈產生的感生電動勢的大小和方向分別用法拉第電磁感應定律和楞次定律來表達，這里不再贅述。

③第三句中線圈在磁場中通有電流產生的電磁力的大小和方向可以把矩形線圈分解成四根直導體分別分析?；蛘咴龠M一步推導出力矩公式M=B I S cosα，這個公式可以單獨記憶，α指磁感應強度B和面積S之間的夾角。

④公式中e=B L V sinα和F=B I L sinα中α指公式中兩個矢量之間的夾角，即磁感應強度和導體的速度、磁感應強度和電流的方向之間的夾角。

3 框圖（圖1）的應用

3.1 單相變壓器的基本工作原理

①空載運行：變壓器的一次繞組加上交流電壓U1后，一次繞組中就產生交流電流I0，由于負載沒有接入，二次繞組開路，二次繞組電流為零，這時I0稱為空載電流。I0在一次繞組中產生交變磁通Φ0，交變磁通Φ0的大小和方向可根據第一句話“電生磁”的第3和4個知識點來判斷，方向用右手定則判斷，大小由磁路歐姆定律Φ=NI/Rm計算得到。交變磁通Φ0通過鐵心而閉合，它既通過一次繞組，也通過二次繞組的磁通，稱為主磁通Φm。根據第二句話“磁生電”中第7和8個知識點可知，主磁通Φm將在一次繞組、二次繞組中產生感生電動勢E1、E2，感生電動勢的大小和方向分別由法拉第電磁感應定律和楞次定律判斷。再根據基爾霍夫電壓定律（回路電壓定律）可得：U1=-E1，U20=E2。

②負載運行：在二次繞組接通負載后，在E2的作用下，二次繞組產生負載電流I2，并產生新的磁通來削弱一次繞組電流I0產生的磁通Φm（根據第一句話“電生磁”的第3和4個知識點來判斷大小和方向），因此E1將減小。當U1不變，E1的減小會導致一次繞組電流增大，最終使磁通保持原來的大小，一次繞組的電流由I0增加到I1。實現了電能的傳輸[1]。

3.2 彩電、示波器顯像管偏轉系統的工作原理 顯像管的管徑上垂直套有行偏轉線圈和場偏轉線圈，行場偏轉線圈分別通入周期不同的鋸齒波電流，根據第一句話“電生磁”中的第3和4個知識點可知，在顯像管內空間產生水平和垂直方向的兩個磁場，磁場的磁通方向用右手定則判斷，大小由磁路歐姆定律Φ=NI/Rm計算得到，進而由公式B=Φ/s得到磁場的磁感應強度。當電子槍發射的電子束經過磁場時假設電子束電流大小為I/，注意電子束的電流方向與電子束的實際方向相反，根據第三句話“電和磁生電磁力”中的第9和10個知識點可知，電子束受到的電磁力的方向由左手定則判斷，大小由F=B I/L sinα計算，電子束產生水平方向和垂直方向的偏移，形成亮度均勻的“光柵”[2]。

3.3 三相異步電動機的工作原理 三相異步電動機定子繞組通入三相交流電時，在電動機的氣隙中就產生一個旋轉磁場（根據第一句話“電生磁”中的第1和2個知識點來分析）。開始通電時，轉子是靜止的，因此與旋轉磁場有相對運動，轉子上的導條做切割磁力線運動，產生感生電動勢（根據第二句話“磁生電”中的第5和6個知識點來分析，方向由右手定則判斷，大小由公式e=B L V sinα計算）。由于轉子導條是被短路的，因此導條內產生感生電流。這樣轉子導條又成為通電導體，在磁場中又受到電磁力的作用（根據第三句話“電和磁生電磁力”中的第9、10、11、12個知識點來分析），因此轉子就能轉動起來。轉子的轉向與旋轉磁場的方向相同，轉子的轉速要小于旋轉磁場的速度，能時時切割磁力線而產生感生電流進而產生電磁力矩。否則，轉子與旋轉磁場的轉速相同，轉子導條不切割磁力線，就不能產生感生電流，也就產生不了電磁力矩了，轉子也就不能轉動了。

[1]王生.電機與變壓器[M].北京：高等教育出版社,1957:15－17.

[2]張新芝.電視技術[M].北京：高等教育出版社，2003：3－5.

[3]湯拒非.電單極子和磁單極子的統一模型[J].高能物理與核物理，2000(08).