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磁场的基本量理学:理论知识与实际应用

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:由式(3.2)可知,在匀强磁场中,磁感应强度就是与磁场垂直的单位面积上的磁通。

磁场的基本量理学:理论知识与实际应用

1.磁感应强度B

磁感应强度是表示空间某点磁场强弱和方向的物理量。其大小可用通过垂直于磁场方向的单位面积内磁力线数目来表示,在磁感线密的地方磁感应强度大,在磁感线疏的地方磁感应强度小。磁感应强度也可用通以单位电流的导线的电流方向与磁场垂直时,导线所受的磁场力的大小来表示。B是矢量,其方向与产生它的电流方向之间符合右手螺旋法则,其大小定义为

式中 F——与磁场垂直的通电导体受到的力,单位是牛顿,符号为N;

I——导体中的电流,单位是安培,符号为A;

L——通电导体在磁场中的有效长度,单位为米,符号为m;

B——导体所在处的磁感应强度,单位是特斯拉,符号为T。

2.磁通Φ

磁感应强度B仅仅反映了磁场中某一点的特性。在研究实际问题时,往往要考虑某一个画的磁场情况。为此,引入一个新的物理量——磁通,磁感应强度B和与垂直的某一截面面积S的乘积,称为通过该面积的磁通Φ。

在均匀磁场中,磁感应强度B是一个常数。即

式中 B——匀强磁场的磁感应强度,单位是特斯拉,符号为T;

S——与B垂直的某一截面面积,单位是平方米,符号为m2

Φ——通过该面积的磁通,单位是韦伯,符号为Wb。

由式(3.2)可知,在匀强磁场中,磁感应强度就是与磁场垂直的单位面积上的磁通。故磁感应强度又叫磁通密度。

根据电磁感应定律的公式得到线圈的感应电动势(www.xing528.com)

可知磁通的单位可以是伏·秒(V·s),但其SI(国际单位制)单位是韦伯,符号为Wb。

3.磁场强度H

磁场强度H是为了更方便地分析磁场的某些问题而引入的物理量,它是一个矢量,其方向与磁感应强度B的方向相同。在磁场中,各点磁场强度的大小只与电流的大小和导体的形状有关,而与媒质的性质无关。在数值上,通过磁场强度来建立磁场与电流的关系,这种关系就是安培环路定律,即磁场强度沿任一闭合路径l的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数和:

式中,H为磁场强度,单位是安培/米,符号为A/m。

4.磁导率μ

磁导率又叫导磁系数,用来表示磁场媒质磁性的物理量,也就是用来衡量物质导磁能力的物理量。磁导率与磁场强度的乘积等于磁感应强度,即

磁导率μ的单位是亨米,符号为H/m。真空的磁导率μ0由实验测得为一常数,其值为μ0=4π×10-7H/m。

任意物质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值,称为该物质的相对磁导率,用μr表示,即

显然μr是没有单位的量,根据μr的大小,可将物质分为以下三类:

(1)顺磁物质,它的相对磁导率μr>1,如空气、氧、锡、铝、铅等物质都是顺磁物质。

(2)反磁物质,它的相对磁导率μr<1,如氢、铜、石墨、银和锌等物质都是反磁物质。在磁场中放置反磁物质,磁感应强度B减小。

(3)铁磁物质,它的相对磁导率μr≫1,如铁、钢、铸铁、镍和钴等物质都是铁磁物质。在磁场中放置铁磁物质,可使磁感应强度B增加几千倍甚至几万倍。

若将反磁物质和顺磁物质同时放置于同一磁场中,由于μr≈1,所以对磁场影响不大,一般将他们称为非磁性物质。

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