物理基礎(chǔ)理論怎么走向尖端科技？為什么說一切電磁現(xiàn)象背后都是麥克斯韋方程組？近日，搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官、物理學(xué)博士張朝陽在沃爾沃新能源車內(nèi)講了一堂物理課，從電磁場理論到三相電動(dòng)機(jī)工作原理，硬核解讀新能源汽車背后的電動(dòng)力學(xué)原理。

“真正精彩創(chuàng)新都來自于對(duì)本質(zhì)的把握“，張朝陽強(qiáng)調(diào)從第一性原理出發(fā)理解萬事萬物。在卡爾·本茨利用燃油發(fā)動(dòng)機(jī)首次發(fā)動(dòng)汽車近150年后的今天，新能源汽車正取代傳統(tǒng)燃油車，成為新的出行主力。為了新能源汽車能夠成為風(fēng)尚？對(duì)此，張朝陽表示要尋根究底，從新能源汽車運(yùn)動(dòng)電能和電機(jī)的核心特征出發(fā)，回歸電動(dòng)力學(xué)來理解電與磁在其中發(fā)揮的作用。

張朝陽首先介紹了發(fā)表于19世紀(jì)的麥克斯韋方程組，這一方程組總結(jié)了人類在電磁現(xiàn)象中習(xí)得的一切規(guī)律。張朝陽對(duì)麥克斯韋方程組進(jìn)行變形，重新推導(dǎo)了一遍法拉第電磁感應(yīng)定律，而這正是新能源汽車“心臟”三相電動(dòng)機(jī)的工作原理。

三相電動(dòng)機(jī)是利用高壓交流電驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子輸出動(dòng)力的裝置。根據(jù)“電磁感應(yīng)”定律，交流電在精心設(shè)計(jì)的電路中流轉(zhuǎn)，將在定子腔體中感應(yīng)出旋轉(zhuǎn)磁場，這就是“電生磁”現(xiàn)象。作為永磁鐵的轉(zhuǎn)子會(huì)傾向于與磁場方向保持平行，會(huì)追逐著旋轉(zhuǎn)磁場跑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)了車輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，汽車就開起來了。

當(dāng)汽車轉(zhuǎn)動(dòng)起來后，電磁感應(yīng)中的“磁生電”便開始發(fā)揮作用。轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)，自身的磁場會(huì)產(chǎn)生反向的電壓，把動(dòng)力轉(zhuǎn)換回電能。電動(dòng)機(jī)傾向于把電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)力，但轉(zhuǎn)子又傾向于把動(dòng)力“還回去”。二者是此消彼長、互相“拔河”的過程，當(dāng)轉(zhuǎn)子越轉(zhuǎn)越快，它反向轉(zhuǎn)換的能力越來越強(qiáng)，所以最終給到車輪的動(dòng)力會(huì)變得越來越小。

張朝陽解釋，這就是開車時(shí)感覺“低速有勁，高速乏力”的原因所在，混動(dòng)新能源車的出發(fā)點(diǎn)正是為了解決電動(dòng)機(jī)這一缺陷。他從基礎(chǔ)理論出發(fā)，通過仔細(xì)分析三相電動(dòng)機(jī)線圈上的電壓平衡方程，從中解出了三相電動(dòng)機(jī)輸出扭矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，用數(shù)學(xué)定量地描述了三相電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。

這堂“車?yán)锏奈锢碚n”拆解了日常出行場景背后的物理學(xué)原理，直播間網(wǎng)友們點(diǎn)贊稱這種別致的授課模式能夠更好地理解物理?！稄埑柕奈锢碚n》自2021年至今直播講課220余期，近日還發(fā)布了同名物理科普書籍第三卷（量子力學(xué)），在社會(huì)上掀起了科學(xué)學(xué)習(xí)的熱潮。近三年時(shí)間，除了理論物理水平得以提高，張朝陽感觸比較深的是自己用物理知識(shí)研究了很多企業(yè)工程上的產(chǎn)品問題。

正如他多次強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)科學(xué)是非常重要的，在象牙塔里很多演算不只是滿足人們對(duì)于未知世界好奇心，而是距離創(chuàng)造美好生活、解決人類實(shí)際生活中存在的問題如此之近。在張朝陽看來，一個(gè)企業(yè)或者產(chǎn)品部門需要有懂物理的科學(xué)家，比如面對(duì)燃油機(jī)、電動(dòng)機(jī)或者混動(dòng)專用發(fā)動(dòng)機(jī)，不同于根據(jù)業(yè)界經(jīng)驗(yàn)套用公式，物理學(xué)家知道公式是怎么來的，去調(diào)參數(shù)可以設(shè)計(jì)出新的東西。

編輯：孫冰