我們先介紹第一部分的內(nèi)容是磁的基礎(chǔ)理論和磁原件，第一小節(jié)，磁場(chǎng)的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)生。
通過(guò)學(xué)習(xí)我們要弄清下面4個(gè)問(wèn)題
第一個(gè)問(wèn)題：有哪些磁的基本理論？
第二個(gè)問(wèn)題：有哪些磁方面研究的科學(xué)家？
第三個(gè)問(wèn)題：磁元件生產(chǎn)的復(fù)雜性原因是什么？
第四個(gè)問(wèn)題：磁材料的參數(shù)有哪些？受哪些因素的影響？
今天我們介紹磁場(chǎng)的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)生，在自然界總存在一些物質(zhì)，像鐵、鎳、鈷和鉬，那么通過(guò)一些處理以后都會(huì)使它具有磁性。我們把使自然界的一些物質(zhì)具有磁性的過(guò)程稱為磁化。圖示是鐵礦石。
這幾張圖片是自然界存在的鎳礦石、鈷礦石和鉬礦石，他們都是稀有金屬，特別像鎳礦石，在航空航天軍事領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，比如它可以用來(lái)制造發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)，也可以用來(lái)做蓄電池，也是開(kāi)關(guān)電源磁性元件當(dāng)中不可或缺的材料。
大家都熟悉永久磁體，他有兩個(gè)級(jí)，一個(gè)稱為n級(jí)或者叫北極，一個(gè)稱為s級(jí)或者叫南極。它的名稱的來(lái)源是來(lái)源于地球磁場(chǎng)，地球磁場(chǎng)有北磁極和南磁極。那么什么是磁極呢？是磁體中受引力或排斥力最大的區(qū)域，稱為磁體的極簡(jiǎn)稱磁極。所以磁性的直觀表現(xiàn)為磁體間的吸引和排斥。
前面我們介紹了磁性的直觀表現(xiàn)為磁體間的吸引和排斥，那么它具有力的特征，磁場(chǎng)具有的本性是什么呢？磁場(chǎng)具有的本性是磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷表現(xiàn)作用力。例如載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)需要有作用力，要做功。
我們知道磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷表現(xiàn)出作用力，那么最初是怎樣發(fā)現(xiàn)的呢？我們把小磁針?lè)旁谟谰么盆F附近，在磁力的作用下會(huì)有所表現(xiàn)。我們發(fā)現(xiàn)小磁針按照一定的規(guī)律，在永久磁帖周圍分布如下圖所示。
為了描述這樣的永久磁鐵周圍的磁場(chǎng)，我們用磁力線、磁感應(yīng)線或磁通線來(lái)表示磁場(chǎng)。但是需要注意的是并不真正存在這些線條，也沒(méi)有物理量在這些線條上流動(dòng)，這是為了表達(dá)而已。它不像電路中的地流、電荷確實(shí)存在的。
我們知道磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷表現(xiàn)出作用力，因此需要弄清楚幾個(gè)微觀的概念。
第一個(gè)，分子電流：電子繞原子核旋轉(zhuǎn)所形成的電流稱為分子電流。
第二個(gè)，磁疇、磁偶極子：電子運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)個(gè)小的磁體，這些小磁體在晶格中排列在一個(gè)方向，形成一個(gè)個(gè)微小的磁區(qū)域，我們把這個(gè)磁區(qū)域稱為磁疇或磁偶極子。
有了磁疇、磁偶極子的概念，我們知道磁疇和磁偶極子是一個(gè)個(gè)微小的磁區(qū)域。下面我們來(lái)介紹磁疇分子磁化的過(guò)程。在沒(méi)有外磁場(chǎng)的作用下，每個(gè)磁疇分子雖然具有磁性，但是由于各項(xiàng)異性雜亂無(wú)章，對(duì)外表現(xiàn)不出磁性了。如果這時(shí)加了外磁場(chǎng)，在外磁場(chǎng)的作用下，各個(gè)磁疇分子會(huì)順著外磁場(chǎng)方向排列，整齊的排列，對(duì)外顯示出磁性了。那么下面兩個(gè)圖是他們的對(duì)比。
前面我們介紹了磁疇分子的磁化，我們磁場(chǎng)是從哪里來(lái)的呢？下面我們來(lái)介紹電流與磁場(chǎng)的關(guān)系。
如果將載流導(dǎo)體或運(yùn)動(dòng)電荷搬到磁場(chǎng)中，導(dǎo)體將受到作用力，克服作用力移動(dòng)就需要做功，而做功需要能量，能量變化需要場(chǎng)地和時(shí)間。所以在理解磁現(xiàn)象的時(shí)候，千萬(wàn)別忘記這三個(gè)要素，以及能量、時(shí)間和場(chǎng)地，載流導(dǎo)體周圍有磁場(chǎng)，說(shuō)明下列問(wèn)題，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)和電流被磁場(chǎng)包圍。
載流導(dǎo)體周圍有磁場(chǎng)，那么如何來(lái)判斷電流和磁場(chǎng)的關(guān)系呢？可以用安培定則和右手定則來(lái)判斷電流和磁場(chǎng)的方向。如圖是單根載流導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，伸出你的右手，大拇指是導(dǎo)線中電流的方向，四指握緊導(dǎo)線，那四指的循行方向就是磁場(chǎng)的方向。如果把多則導(dǎo)線繞在一起，形成螺旋管，那么也是用右手定則來(lái)判斷，其中四指方向是電流的形方向，大拇指方向是磁場(chǎng)的方向，所以螺線管的話磁場(chǎng)磁力線總是從n極出發(fā)，封閉的s就截止。所以我們可以看出來(lái)電流是產(chǎn)生磁場(chǎng)，而電流總是被磁場(chǎng)包圍。
我們知道電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，那么在開(kāi)關(guān)電源中才有兩根傳輸電能的導(dǎo)線，如下圖所示，其中一根是正線，假設(shè)電流是流出紙面，另一個(gè)是負(fù)線，電流是流入紙面。那么在每根導(dǎo)線的周圍，都有他自己的磁場(chǎng)包圍著，導(dǎo)線的中間磁場(chǎng)是最強(qiáng)，導(dǎo)線的外側(cè)磁場(chǎng)是最弱，圖中的虛線是等磁位線。
前面我們介紹了兩根導(dǎo)線同一相反方向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。下面我們來(lái)介紹空心線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，什么是空心線圈？也就是說(shuō)線圈沒(méi)有加上鐵芯的線圈，如下圖所示。那么單個(gè)線圈導(dǎo)線的磁場(chǎng)在線圈內(nèi)疊，加產(chǎn)生了高度集中和磁力線流暢的磁場(chǎng)。那么也就是說(shuō)從磁場(chǎng)的分布來(lái)講，在線圈的內(nèi)部磁場(chǎng)的分布密，外部磁場(chǎng)的分布要稀疏，而從能量的角度來(lái)講，在線圈的內(nèi)部能量密度大，而線圈的外部能量密度小，但是從能量?jī)?chǔ)存的量來(lái)講，外部?jī)?chǔ)存的能量更大，因?yàn)樵谕獠坑懈蟮目臻g。
前面我們介紹了統(tǒng)一向反方向電流導(dǎo)線的磁場(chǎng)，后面又介紹了螺旋管管內(nèi)和管外面的磁場(chǎng)分布情況。下面我們看一下兩根導(dǎo)線如果相同方向的電流，如果相隔比較遠(yuǎn)的話，那么他們的磁場(chǎng)各自圍著自己的導(dǎo)線中的電流包圍著，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)線靠得很近，擱挨在一起的時(shí)候，那么他們圍繞著這兩根導(dǎo)線包圍著。
那當(dāng)線圈中通入直流和交流的時(shí)候，那么它的磁場(chǎng)又有什么變化呢？下面以空心螺旋管為例說(shuō)明，如圖所示，是直流勵(lì)磁的空心線圈，那么可以用右手定則可以判斷一下它的n極和s極。那么從磁化特性曲線可以看到，她工作在第一象限是對(duì)空氣的磁化是不會(huì)飽和的。如果同一交流電，那么他的磁極在不停的變化當(dāng)中，他隨著交流電的改變，他在改變，那么他在磁化特性曲線上工作在一三象限。
下面我們來(lái)介紹空心線圈和帶有磁性線圈的比較。我們先看左邊這張圖，是一個(gè)空心的螺線管不帶有磁芯，繞了n條線圈，那么通過(guò)交流電流以后，我們可以看到的磁通，它的磁力線分布是按鏡像向外，按圓心均勻分布的。實(shí)際上這個(gè)空心線圈磁化的是空氣，那么它的bh曲線是以空氣磁導(dǎo)力為斜率的直線，有關(guān)bh曲線我們后面再介紹。
那么我們?cè)倏从疫叺倪@張圖，是一個(gè)磁芯上面繞了n條線圈，同一電流I，在這樣的情況下，他們的磁化過(guò)程發(fā)生了根本性的改變，他以μ值為斜率的磁導(dǎo)率增長(zhǎng)的一根直線。那么和空氣比的話，他的磁導(dǎo)率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率，也就是這兩根直線，一根非常陡，斜率非常大，另一個(gè)很平坦，斜率非常小。所以帶了磁芯以后，實(shí)際上磁化的過(guò)程從x軸也就是橫軸來(lái)看的話，它的h小多了，同樣帶著磁性h小不帶磁性的h大。