蔣家響JIANG Jia-xiang；衣紹麗YI Shao-li

（①煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，煙臺(tái)264006；②煙臺(tái)船舶工業(yè)學(xué)校，煙臺(tái)264006）

0 引言

電和磁的關(guān)系是電工學(xué)中非常重要的一部分內(nèi)容，是理解掌握電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、變壓器、電磁鐵以及彩電和示波器的顯像管偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)等電氣設(shè)備工作原理的基礎(chǔ)，是電工技術(shù)人員必須掌握的基本知識(shí)。但是，這部分內(nèi)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(shí)，還有電磁力的內(nèi)容；既要分析直導(dǎo)體又要分析線圈；磁場(chǎng)、感生電動(dòng)勢(shì)、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(jù)筆者的體會(huì)和二十多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大部分人對(duì)這部分知識(shí)掌握的不是很好，常常把每個(gè)知識(shí)點(diǎn)孤立起來學(xué)習(xí)，摸不著頭緒，學(xué)了忘，忘了再學(xué)，反反復(fù)復(fù)，不勝其煩。筆者經(jīng)過思考分析和教學(xué)實(shí)踐，把這部分的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和組合，化繁為簡(jiǎn)，用三句話作為線索，把眾多的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來，歸納成了具有三句話、四個(gè)層次、12個(gè)知識(shí)點(diǎn)的一個(gè)結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單明了、容易記憶的框圖，再把每句話進(jìn)行細(xì)化、對(duì)比、聯(lián)想記憶，就能夠記得牢固，久久不忘。經(jīng)過三四年的教學(xué)實(shí)踐證明，效果很好。

1 三句話牢記電和磁的關(guān)系結(jié)構(gòu)框圖（圖1）

2 對(duì)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(jiǎn)單易記。但這三句話要重點(diǎn)注意以下細(xì)節(jié)：第一句話電生磁中的“電”指電流，這個(gè)電流既可以是交流電也可以是脈動(dòng)的直流和穩(wěn)恒的直流電，都可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。第二句話磁生電中的“磁”一定是動(dòng)磁，即變化的磁：或者是直導(dǎo)體切割磁力線，或者是線圈中的磁場(chǎng)發(fā)生變化；第二句話磁生電中的“電”指的是電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)是用來描述電源的，所以可以把切割磁力線的導(dǎo)體和磁通發(fā)生變化的線圈看做電源，這也是用符號(hào)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(lián)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(gè)字。同樣電磁力也是由電和磁共同作用產(chǎn)生的，必然也與電流的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，所以計(jì)算公式e=B L V sinα中必須有磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電流強(qiáng)度I。

圖1 電和磁的關(guān)系結(jié)構(gòu)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(dǎo)體和線圈兩種元件，每種元件又都從大小和方向兩個(gè)方面進(jìn)行分析。這樣自然而然地出現(xiàn)了第四層次的12個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

2.3 總的說來，三句話結(jié)構(gòu)相同，每句話都分直導(dǎo)體和線圈兩種形式，每種形式又都從方向和大小兩個(gè)方面分析，結(jié)構(gòu)相同，記憶方便。對(duì)于12個(gè)知識(shí)點(diǎn)，主要采用對(duì)比的方法進(jìn)行記憶。

①右手定則和左手定則的區(qū)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(zhì)生成另一種物質(zhì)；左手定則用在第三句話中，即由兩種物質(zhì)生成力。這樣能夠把左右手定則很清楚地區(qū)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(duì)于直導(dǎo)體來說，電流方向是直的，自然而然由大拇指表示；對(duì)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(dòng)勢(shì)或電流），大拇指代表導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)或電磁力的方向。

②第二句話“磁生電”中的線圈產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)的大小和方向分別用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律來表達(dá)，這里不再贅述。

③第三句中線圈在磁場(chǎng)中通有電流產(chǎn)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(dǎo)體分別分析。或者再進(jìn)一步推導(dǎo)出力矩公式M=B I S cosα，這個(gè)公式可以單獨(dú)記憶，α指磁感應(yīng)強(qiáng)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(gè)矢量之間的夾角，即磁感應(yīng)強(qiáng)度和導(dǎo)體的速度、磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流的方向之間的夾角。

3 框圖（圖1）的應(yīng)用

3.1 單相變壓器的基本工作原理

①空載運(yùn)行：變壓器的一次繞組加上交流電壓U1后，一次繞組中就產(chǎn)生交流電流I0，由于負(fù)載沒有接入，二次繞組開路，二次繞組電流為零，這時(shí)I0稱為空載電流。I0在一次繞組中產(chǎn)生交變磁通Φ0，交變磁通Φ0的大小和方向可根據(jù)第一句話“電生磁”的第3和4個(gè)知識(shí)點(diǎn)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(jì)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(jù)第二句話“磁生電”中第7和8個(gè)知識(shí)點(diǎn)可知，主磁通Φm將在一次繞組、二次繞組中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)E1、E2，感生電動(dòng)勢(shì)的大小和方向分別由法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律判斷。再根據(jù)基爾霍夫電壓定律（回路電壓定律）可得：U1=-E1，U20=E2。

②負(fù)載運(yùn)行：在二次繞組接通負(fù)載后，在E2的作用下，二次繞組產(chǎn)生負(fù)載電流I2，并產(chǎn)生新的磁通來削弱一次繞組電流I0產(chǎn)生的磁通Φm（根據(jù)第一句話“電生磁”的第3和4個(gè)知識(shí)點(diǎn)來判斷大小和方向），因此E1將減小。當(dāng)U1不變，E1的減小會(huì)導(dǎo)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(shí)現(xiàn)了電能的傳輸[1]。

3.2 彩電、示波器顯像管偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理 顯像管的管徑上垂直套有行偏轉(zhuǎn)線圈和場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈，行場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈分別通入周期不同的鋸齒波電流，根據(jù)第一句話“電生磁”中的第3和4個(gè)知識(shí)點(diǎn)可知，在顯像管內(nèi)空間產(chǎn)生水平和垂直方向的兩個(gè)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)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(jì)算得到，進(jìn)而由公式B=Φ/s得到磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)電子槍發(fā)射的電子束經(jīng)過磁場(chǎng)時(shí)假設(shè)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(shí)際方向相反，根據(jù)第三句話“電和磁生電磁力”中的第9和10個(gè)知識(shí)點(diǎn)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(jì)算，電子束產(chǎn)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(dòng)機(jī)的工作原理 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入三相交流電時(shí)，在電動(dòng)機(jī)的氣隙中就產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（根據(jù)第一句話“電生磁”中的第1和2個(gè)知識(shí)點(diǎn)來分析）。開始通電時(shí)，轉(zhuǎn)子是靜止的，因此與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)條做切割磁力線運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)（根據(jù)第二句話“磁生電”中的第5和6個(gè)知識(shí)點(diǎn)來分析，方向由右手定則判斷，大小由公式e=B L V sinα計(jì)算）。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是被短路的，因此導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生感生電流。這樣轉(zhuǎn)子導(dǎo)條又成為通電導(dǎo)體，在磁場(chǎng)中又受到電磁力的作用（根據(jù)第三句話“電和磁生電磁力”中的第9、10、11、12個(gè)知識(shí)點(diǎn)來分析），因此轉(zhuǎn)子就能轉(zhuǎn)動(dòng)起來。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，能時(shí)時(shí)切割磁力線而產(chǎn)生感生電流進(jìn)而產(chǎn)生電磁力矩。否則，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不切割磁力線，就不能產(chǎn)生感生電流，也就產(chǎn)生不了電磁力矩了，轉(zhuǎn)子也就不能轉(zhuǎn)動(dòng)了。

[1]王生.電機(jī)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(shù)[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(tǒng)一模型[J].高能物理與核物理，2000(08).