磁感应强度

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磁感应强度描述 磁场强弱 和方向的物理量,是 矢量 ,常用符号B表示,国际通用单位为 特斯拉 (符号为T)。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感应强度来表示,磁感应强度越大表示磁感应越强。磁感应强度越小,表示磁感应越弱。

概述

电流(运动电荷)的周围存在磁场,他对外的重要表现是:对引入场中的运动试探电荷、载流导体或永久磁铁有 磁场力 的作用,因此可用磁场对运动试探电荷的作用来描述磁场,并由此引入磁感应强度 B 作为定量描述磁场中各点特性的基本物理量,其地位与电场中的电场强度 E 相当。

这个物理量之所以叫做磁感应强度,而没有叫做磁场强度,是由于历史上磁场强度一词已用来表示另外一个物理量了,区别:磁感应强度反映的是 相互作用力 ,是两个参考点A与B之间的应力关系,而磁场强度是主体单方的量,不管B方有没有参与,这个量是不变的。

定义

电荷在电场中受到的 电场力 是一定的,方向与该点的 电场方向 相同或者相反。电流在磁场中某处所受的磁场力( 安培力 ),与电流在磁场中放置的方向有关,当电流方向与磁场方向平行时,电流受的安培力最小,等于零;当电流方向与磁场方向垂直时,电流受的安培力最大。

点电荷 q以速度v在磁场中运动时受到力f 的作用。在磁场给定的条件下,f的大小与电荷运动的方向有关。当v 沿某个特殊方向或与之反向时,受力为零;当v与这个特殊方向垂直时受力最大,为Fm。Fm与|q|及v成正比,比值 与运动电荷无关,反映磁场本身的性质,定义为磁感应强度的大小,即。B的方向定义为:由正电荷所受最大力Fm的方向转向电荷运动方向 v 时, 右手螺旋 前进的方向。定义了B之后,运动电荷在磁场 B 中所受的力可表为 $$$$formula$$$$ ,此即 洛伦兹力公式

除利用 洛伦兹力 定义B外,也可以根据电流元Idl在磁场中所受安培力 $$$$formula$$$$ 来定义B,或根据 磁矩 m在磁场中所受力矩 $$$$formula$$$$ 来定义B,三种定义,方法雷同,完全等价。

计算公式

$$$$formula$$$$ F:洛伦兹力或者安培力;

q: 电荷量

v:速度;

E:电场强度;

Φ( $$$$formula$$$$ 或 $$$$formula$$$$ ,B为磁感应强度,S为面积): 磁通量

S:面积;

L:磁场中导体的长度。

定义式: $$$$formula$$$$ 。

表达式: $$$$formula$$$$ 。

量纲

在国际单位制(SI)中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特(T)。在 高斯单位制 中,磁感应强度的单位是 高斯 (Gs ), $$$$formula$$$$ 等于10的 四次方 高斯。由于历史的原因,与电场强度E对应的描述磁场的基本物理量被称为磁感应强度B,而另一辅助量却被称为磁场强度H,名实不符,容易混淆。通常所谓磁场,均指的是B。

B在数值上等于 垂直 于磁场方向长1 m,电流为1 A的直导线所受磁场力的大小。

$$$$formula$$$$ ,(由 $$$$formula$$$$ 而来)。

注:磁场中某点的磁感应强度B是客观存在的,与是否放置通电导线无关,定义式 $$$$formula$$$$ 中要求一小段通电导线应垂直于磁场放置才行,如果平行于磁场放置,则力F为零。

例子 (单位:T)

原子核 表面 约 $$$$formula$$$$ ;

中子星 表面 约 $$$$formula$$$$ ;

星际空间 $$$$formula$$$$ ;

人体表面 $$$$formula$$$$ 。

磁场方向即磁感应强度的方向,判定方法是放入检验小磁针北极所受磁场力的方向,也是 小磁针 稳定平衡时的方向。

通电导体受安培力方向可用 左手定则 :让磁感线垂直穿过左手手心,四指指向电流方向,并使拇指与四指垂直,拇指所指方向即通电导体所受磁场力(安培力)方向。若 磁感线 不与电流方向垂直,则将磁感应强度分解到垂直于电流和平行于电流方向,对垂直于电流的分量应用上述左手定则即可,若平行,则不受安培力。可见,安培力垂直与磁感应强度和电流共同确定的平面。同向的电流相互吸引,反向的电流相互排斥。

计算方法

无限长载流直导线外:

$$$$formula$$$$ 其中, $$$$formula$$$$ ,为 真空磁导率 。r为该点到直导线距离。

圆电流圆心处:

$$$$formula$$$$ 其中,r为圆半径。

无限大均匀载流平面外:

$$$$formula$$$$ 其中,α是流过单位长度的电流。

一段载流圆弧在圆心处:

$$$$formula$$$$ 其中,φ是该圆弧对应的 圆心角 ,单位为弧度。

毕奥-萨伐尔定律

$$$$formula$$$$ Idl表示恒定电流的一电流元,r表示从电流元指向某一场点P的 径矢 。式中B、dl、r均为矢量,e为 单位向量 ,方向与r相同。

中文名
磁感应强度
外文名
magnetic flux density
别名
磁通量密度或磁通密度
应用学科
物理
适用领域范围
电磁学
单位
T
表达式
B=F/IL
别称