也说电机学2：铜与铁的故事

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      实在是没有办法把题目写出《冰与火之歌》这样高大上的感觉；原因大概是铜和铁这两种材料确实没有金银等贵金属的富贵气质。提起铜和铁，或许第一个想到的成语是破铜烂铁…然而正是这两种不算起眼的材料在不知不觉间源源不断地给我们提供着生活所需的电能、以及各种便捷。这篇文章就讲讲电机生产制造中铜和铁的故事。

       铜与铁均有千年以上的使用历史，而由法拉第发现的电子感应定律无疑为两种金属的使用开启了一个全新的纪元。它们在电机生产制造中的使用便是对应电与磁来的。从视觉角度来看，电机可以分成定子、转子、轴承、机座等部分；换一个从电与此磁的角度出发，实际的目的是打造一个电路和磁路交链的结构，以这个结构为媒介，利用电磁感应这一现象进行机械能和电能之间能量形式的转换。

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      根据电磁感应定律，流过导体的电流会产生磁场。磁场强度的计算公式：

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       其中H为磁场强度，单位为A/m；N为励磁线圈的匝数；I为励磁电流（测量值），单位为A；Le为测试样品的有效磁路长度，单位为m。

       铜作为一种金属，材质柔软延展性好并且拥有优秀的导电和导热性；尽管在导电和导热方面的性能并不优于银，不过由于其价格优势和地壳中更高的蕴含量。因此广泛地使用在电气和电子工业领域，也构成了电机的电路部分——线圈。一定数量线圈的堆叠让流经的电流产生足够大的磁场强度H。以此获得磁场。

       磁感应强度是一个表示贯穿一个标准面积的磁通量的物理量，其符号是B。此物理量也常被称为磁场。

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       在这里H是磁场强度，µ是磁导率。

       在此不回答房子里高压电多远才能买这个问题，对于电机生产制造而言，如何捕捉和放大磁场就是下个问题。从上面这公式可以看出µ的作用就像是一个杠杆，可以放大由电流产生的磁场。问题也由此变成了去哪里找一个好的杠杆。于是，铁便登场。

       铁是最常用金属也是地球上质量比例最高的金属，和铜为了导电被使用相对应，铁在电机生产和制造中的使用源于其出色的导磁性能，即极高的磁导率µ。铁的磁导率是空气磁导率的几千到几万倍。正是借助了这样一个杠杆，人们可以有效利用电磁感应，以很小的电流输入产生一个足够大的磁场。与此同时，也利用了铁优秀的导磁性，为磁场设置了一个“容器”，是能量形式的转换，可以在各一个给定的空间中进行。

       对应上篇的拿碗吃饭说，其实电机的制造和生产其实是一个合适的容器。当然，装水的瓶子也有几块的地摊货和上千块大师款的贵贱之分。关于电机这个电与磁的容器门道又在哪里呢？

未完待续

PS:开始写专业和工作相关的内容的时候是想把很多的东西以比较浅显的方式给讲清楚，对于公式推导这样的课堂内容，其实我是拒绝的…由于这个初衷，我仅仅会引用部分公式便于把问题讲清楚，极力避免公式推导。毕竟从来不是学霸，公式推导实在不擅长。