大学物理教材：磁感应强度详解

磁感应强度是用来定量描述磁场强弱和方向的物理量，它是矢量，用B表示。磁场对静止的电荷没有作用力，但对运动的电荷有作用力，这是磁场的基本性质。仿照用试探电荷在电场中所受电场力的大小和方向定义电场强度的做法，也可以用试探电荷在磁场中所受磁场力的大小和方向来定义磁感应强度，不过这个试探电荷必须是运动的，而不是静止的。

运动电荷在磁场中所受的磁场力称为洛伦兹力。实验表明，试探电荷在磁场中某点所受洛伦兹力的大小，不仅与试探电荷的电量、经该点时的速率以及该点磁场的强弱有关，而且与电荷运动的速度相对于磁场的取向有关。所受洛伦兹力的方向，不仅依赖于该点磁场的方向，而且随电荷运动的方向而变化。这就使磁感应强度的定义比电场强度的定义复杂得多。

另外，不仅磁场会对运动电荷有力的作用，而且电场也会对运动电荷有力的作用。所以，在定义磁感应强度时，如果试探电荷在磁场中静止不动，则不应受任何力的作用。

1.任意一点P的磁感应强度B的方向

实验指出：当试探电荷q0以速率ν沿某特定直线通过磁场中的点P时（见图7—6a），作用于该试探电荷q0的洛伦兹力F总等于零，而与试探电荷的电量和运动速率无关。因此，这条特定方向是点P的磁场自身的属性，称为磁力线。把这个方向规定为点P的磁感应强度B的方向。

图7—6　确定磁感应强度示意图

2.点P的磁感应强度的大小

实验发现：当试探电荷沿垂直于上述磁力线运动经过点P时（见图7—6b），所受洛伦兹力的大小与沿其他方向运动相比是最大的。实验还发现：当试探电荷q0沿垂直于磁力线以速度υ⊥通过点P时，所受洛伦兹力F的大小与q0和υ⊥的乘积成正比，而比值F/（q0υ⊥）与试探电荷无关，只与磁场的强弱有关。因此，把这个比值规定为点P的磁感应强度的大小，即

实验表明：运动试探电荷在点P受到的洛伦兹力F的方向不仅垂直于电荷经过该点时的速度υ也垂直于该点磁场的磁力线。因此，可以规定B的指向与正试探电荷的速度υ和所受洛伦兹力F满足右手螺旋关系：当右手四指从速度υ的指向经θ角转向B的指向时，拇指所指示的方向正好与F的方向一致，如图7—7所示。于是，根据已知的υ的方向和测得的F的方向，就可得到B的指向。(www.xing528.com)

图7—7　右手螺旋关系

因此，根据前面的讨论，可得

根据式（7—18），运动的正试探电荷所受洛伦兹力F的大小可以表示为

式中，θ是υ与B之间的夹角。

由此可以求得磁感应强度的大小，为

在国际单位制中，磁感应强度的单位为T（特斯拉）或N·s·C-1·m-1，V·s·m-2，N·A-1·m-1。