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法学磁学、电磁学和磁性材料
磁性
在古代，人们认为磁的无形力量纯粹是一种神奇的量。然而，随着几个世纪以来科学知识的不断增长，磁性扮演着越来越重要的角色。如今，磁性在电气工程中占据着重要的地位。如果没有磁性，发电机、电动机、变压器、电视、收音机、电话等电气设备将无法运行。因此，电气工程在很大程度上依赖于磁性。
磁极
磁铁有两个极，即北极和南极。为了确定磁铁的极性，将其悬挂在其中心，然后磁铁将静止在南北方向。因此，指向地球北方的磁极称为磁铁的北极，而指向地球南方的磁极称为磁铁的南极。
关于磁极的一些重要要点：
磁极无法分离，即如果将条形磁铁分成两部分，每一块磁铁的一端将是N极，另一端将是S极。
磁极没有物理实在性。
磁铁的N极和S极具有相同的强度。
磁力定律
有两个定律描述了两个磁极之间磁力的性质和大小：
同性磁极相互排斥，异性磁极相互吸引，即N极和N极或S极和S极相互排斥，而N极和S极相互吸引。
作用于两个磁极之间的力与它们的磁极强度(m)的乘积成正比，与它们之间距离(r)的平方成反比。
因此，两个磁极之间的力为
$$\mathrm{F\:α\frac{m_{1}\:m_{2}}{r^{2}}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:F\:=\:K\frac{m_{1}\:m_{2}}{r^{2}}}\:\:\:… (1)$$
其中，K是一个比例常数，其值为：
$$\mathrm{K=\frac{1}{4\pi\:\mu_{o}\mu_{r}}}\:\:\:… (2)$$
其中：
μ0是空气/真空的绝对磁导率。其值为4π10-7 H/m，
μr是周围介质的相对磁导率（对于空气，μr = 1）。
因此，根据公式 (1) 和 (2)，我们可以写成：
$$\mathrm{F=\frac{1}{4\pi\:\mu_{o}\mu_{r}}(\frac{m_{1}\:m_{2}}{r^{2}})}\:\:\:… (3)$$
磁极强度(m)的单位是韦伯 (Wb)。
磁场及其性质
磁极受到力的作用的空间或区域称为磁场。磁铁的磁场用其周围的虚线表示，这些虚线称为磁力线。
磁力线的性质
磁力线形成闭合回路，即它们从磁铁的N极发出，穿过周围介质，进入S极。
磁力线上某一点的切线表示该点磁通密度(B)的方向。
两条磁力线永不相交。如果两条磁力线在一点相交，则该点将有两个磁场方向。
磁力线纵向收缩，横向扩展。这解释了为什么同性磁极相互排斥，而异性磁极相互吸引。
磁通量
磁通量定义为磁铁产生的磁力线的总数量。它用Φ表示，由下式给出：
$$\mathrm{磁通量,Φ = m\:韦伯(Wb)}\:\:\:… (4)$$
磁通密度
磁通密度定义为垂直通过单位面积的磁通量。它用B表示。它是一个矢量，具有大小和方向。因此：
$$\mathrm{磁通密度,B=\frac{Φ}{A}\:Wb⁄m^{2}\:或\:特斯拉}\:\:\:…(5)$$
磁场强度
作用在放置在磁场中某一点的单位测试N极上的力称为磁场强度或磁化力。它用H表示。
这里：
$$\mathrm{x点处的磁场强度,H=作用在放置在x点的单位测试N极上的力}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:H=\frac{1}{4\pi\mu_{0}}(\frac{m×1}{r^{2}})=\frac{1}{4\pi\mu_{0}}(\frac{m}{r^{2}})}\:\:\:N⁄Wb \:\:\:…(6)$$
磁场强度是一个矢量，具有大小和方向。
B和H之间的关系
在给定的磁性材料中，磁通密度(B)与磁场强度(H)成正比，即：
$$\mathrm{B\:α\:H}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:B=\mu H=\mu_{0}\mu_{r}H}\:\:\:… (7)$$
电磁学
当电流流过导体（或线圈）时，导体（或线圈）周围会产生磁场。因此，由于电流产生磁场的现象称为电磁学。
直导线中的电流
当电流流过直导线时，导体周围会产生磁场。磁力线呈导体周围的同心圆状。导体周围磁力线的方向取决于流过它的电流方向，可以使用以下任何一个规则确定：
右手定则
用右手握住导体，如果拇指指向电流方向，则卷曲的指头将指向导体周围磁场的方向（如图所示）。
螺旋钻定则
用右手握住螺旋钻，使其旋转前进方向与电流方向一致。那么，手旋转的方向就是导体周围磁力线的方向（见图）。
载流线圈
考虑一个由绕在铁芯上的N匝线圈组成的线圈。当电流流过线圈时，线圈周围会产生磁场。根据线圈中电流的方向，铁芯的一端将成为N极，另一端将成为S极。这种装置通常称为电磁铁。可以使用线圈右手定则确定该电磁铁的极性。
线圈右手定则
用右手握住线圈，使卷曲的指头表示电流方向，则与线圈轴线平行的伸出的拇指将指向电磁铁的北极。
电磁铁的磁化力 (H)
考虑一个载有I安培电流的N匝线圈（如图所示）。线圈产生的磁通量(Φ)与线圈的匝数(N)和电流(I)的乘积成正比。NI称为磁动势 (m.m.f)，单位为安培·匝 (AT)。
$$\mathrm{磁动势=NI\:\:\;AT}\:\:\:… (8)$$
现在，电磁铁的磁化力 (H)定义为单位长度磁路建立的磁动势，即：
$$\mathrm{磁化力,H=\frac{NI}{l}}\:\:\:AT/m…(9)$$
磁性材料
磁性材料是可以产生磁场的材料。通常，磁性材料分为以下三类：
- 抗磁性材料
- 顺磁性材料
- 铁磁性材料
抗磁性材料
抗磁性材料，有时也称为非磁性材料，是指没有显著磁性的材料。在这些材料中，合磁矩为零。当抗磁性材料置于外磁场的影响下时，该材料会产生一个与外磁场相反的磁场。因此，抗磁性材料会被外磁场排斥。抗磁性材料的例子有水、木材、石油等有机化合物和一些塑料以及铜、汞、金、银、碳等一些金属。
顺磁性材料
顺磁性材料是指具有极少量磁性的材料。在这些材料中，原子有一些未成对电子，并且单个电子的磁矩不能完全抵消。因此，原子具有一定的磁矩，这些磁矩以随机方向排列，因此顺磁性材料整体不表现出磁性。
如果将顺磁性材料置于外磁场中，则单个原子的磁矩将与外磁场对齐。这会导致材料被磁化。因此，顺磁性材料产生的磁场方向与外磁场方向相同。顺磁性材料只有在外磁场的影响下才表现出磁性。如果去除外磁场，顺磁性材料就会失去磁性。顺磁性材料的例子有钠、铝、锂、镁、钨等。
铁磁性材料
铁磁性材料是指容易被磁化并能保持其磁性的材料。在铁磁性材料中，原子具有未成对电子，因此每个原子都具有合磁矩。附近原子的磁矩有趋于对齐的趋势。这些附近的原子在材料中形成不同的区域，称为畴，其中单个原子的磁矩对齐。然而，不同畴的磁矩仍然可能指向不同的方向。当铁磁性材料置于外磁场中时，材料的不同畴沿外磁场对齐。即使去除外磁场，铁磁性材料也能保持其磁性。铁磁性材料的例子有大多数金属，如铁、镍、钴和一些金属合金等。
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