磁场的基本物理量及应用

磁场基本概念

1.磁感应强度B

磁感应强度是定量描述磁场中各点磁场强弱和方向的物理量。试验表明，处于磁场中某点的一小段与磁场方向垂直的通电导体，如果通过它的电流为I，其有效长度（即垂直磁力线的长度）为l，则它所受到的电磁力F与I的比值是一个常数。当导体中的电流I或有效长度l变化时，此导体受到的电磁力F也要改变，但对磁场中确定的点来说，不论I和l如何变化，比值F/（Il）始终保持不变。这个比值就称为磁感应强度，即

式中　B——磁感应强度，T；

F——通电导体所受电磁力，N；

I——导体中的电流，A；

l——导体的长度，m。

磁感应强度是矢量，其方向与该点磁力线切线方向一致，即与放置于该点的可转动的小磁针静止时N极的指向一致。

若磁场内各点磁感应强度的大小相等、方向相同，则称该磁场为均匀磁场。

2.磁通量Φ

磁通量Φ（或称为磁通）是表示穿过某一截面S的磁感应强度矢量B的通量，也可理解为穿过该截面的磁力线总数。在匀强磁场中，如果S与B垂直，则有

式中　Φ——磁通，Wb；

S——与磁场垂直的面积，m2。

由此可见，磁感应强度在数值上可以看成与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通，所以磁感应强度又称为磁通密度。(www.xing528.com)

当磁场方向与面积不垂直时，则磁通为

式中　θ——磁场方向B与面积S的夹角。

3.磁导率μ

磁导率μ是表示物质导磁性能的物理量，它表明了物质对磁场的影响程度。例如，对结构一定的长螺线管来说，电流增大时，磁场中各点的磁感应强度也增强，铁芯线圈的磁场就比空心线圈的磁场强得多。也就是说，在磁场中放入不同的磁介质，磁场中各点的磁感应强度将受到影响。这是由于磁介质具有一定的磁性，产生了附加磁感应强度。在磁场中衡量物质导磁性能的物理量称为磁导率，用μ表示。在电流大小以及导体几何形状一定的情况下，磁导率越大，对磁感应强度的影响就越大。

不同介质的磁导率不同。由试验测出，真空中的磁导率是一个常数，往往更好比较各种物质的导磁性能，将任一物质的磁导率与真空中的磁导率的比值称为该物质的相对磁导率，用μr表示，即

式中　μ0——真空磁导率，μ0=4π×10-7H/m；

μ——物质的磁导率。

任一物质的磁导率

相对磁导率是没有单位的，它随磁介质的种类不同而不同，其数值反映了磁介质磁化后对原磁场影响的程度，它是描述磁介质本身特性的物理量。

用相对磁导率可以方便、准确地衡量物质的导磁能力，并以此分铁磁性材料和非铁磁性材料。自然界中大多数物质的导磁性能较差，如空气、木材、铜、铝等，其相对磁导率μr≈1，称为非铁磁材料物质；只有铁、钴、镍及其合金等，其相对磁导率μr≫1，称为铁磁材料。这种物质中产生的磁场要比真空中产生的磁场强千倍甚至万倍以上。例如，铸铁的μr为200～400；铸钢的μr为500～2 200；常用硅钢片的μr为7 500左右。通常把铁磁性物质称为强磁性物质，它在电工技术方面得到广泛应用。

4.磁场强度H

在分析计算各种磁性材料中的磁感应强度与电流的关系时，还要考虑磁介质的影响。为了区别导线电流与磁介质对磁场的影响以及计算上的方便，引入一个仅与导线中电流和载流导线结构有关而与磁介质无关的辅助物理量来表示磁场的强弱，称为磁场强度，用H表示，即

磁场强度是矢量，单位为A/m，其方向与磁场中该点的磁感应强度的方向一致。式（6-6）不能说明B与H成正比，即它们之间有线性关系，只有在非磁性材料时才成立。