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磁感應(yīng)強度
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磁感應(yīng)強度(英文:Magnetic flux density),又名磁通量密度或磁通密度,是用來描述磁場強弱和方向的物理量,是矢量,常用符號B表示,國際單位制(SI)中B的單位為特斯拉(T),在高斯單位制中單位為高斯(gauss ,符號為G)。

當(dāng)導(dǎo)線與磁場垂直時,磁感應(yīng)強度B等于受到的力F除以電流元(即導(dǎo)線中電流I和導(dǎo)線長度l的乘積),當(dāng)導(dǎo)線與磁場不垂直時,磁感應(yīng)強度B等于磁通量Φ除以研究的面積S。

概述

電流(運動電荷)的周圍存在磁場,他對外的重要表現(xiàn)是:對引入場中的運動試探電荷、載流導(dǎo)體或永久四氧化三鐵有磁場力的作用,因此可用磁場對運動試探電荷的作用來描述磁場,并由此引入磁感應(yīng)強度B作為定量描述磁場中各點特性的基本物理量,其地位與電場中的電場強度E相當(dāng)。

這個物理量之所以叫做磁感應(yīng)強度,而沒有叫做磁場強度,是由于歷史上磁場強度一詞已用來表示另外一個物理量了,區(qū)別:磁感應(yīng)強度反映的是相互作用力,是兩個參考點A與B之間的應(yīng)力關(guān)系,而磁場強度是主體單方的量,不管B方有沒有參與,這個量是不變的。

定義

電荷在電場中受到的電場力是一定的,方向與該點的電場方向相同或者相反。電流在磁場中某處所受的磁場力(安培力),與電流在磁場中放置的方向有關(guān),當(dāng)電流方向與磁場方向平行時,電流受的安培力最小,等于零;當(dāng)電流方向與磁場方向垂直時,電流受的安培力最大。

點電荷q以速度v在磁場中運動時受到力f 的作用。在磁場給定的條件下,f的大小與電荷運動的方向有關(guān)。當(dāng)v 沿某個特殊方向或與之反向時,受力為零;當(dāng)v與這個特殊方向垂直時受力最大,為Fm。Fm與|q|及v成正比,比值 與運動電荷無關(guān),反映磁場本身的性質(zhì),定義為磁感應(yīng)強度的大小,即。B的方向定義為:由正電荷所受最大力Fm的方向轉(zhuǎn)向電荷運動方向 v 時,右手螺旋前進的方向。定義了B之后,運動電荷在磁場 B 中所受的力可表為 ,此即洛倫茲力公式。

除利用洛倫茲力定義B外,也可以根據(jù)電流元Idl在磁場中所受安培力來定義B,或根據(jù)磁矩m在磁場中所受力矩來定義B,三種定義,方法雷同,完全等價。

計算公式

F:洛倫茲力或者安培力;

q:電荷量;

v:速度;

E:電場強度;

Φ(或,B為磁感應(yīng)強度,S為面積):磁通量

S:面積;

L:磁場導(dǎo)體的長度。

定義式:。

表達式:。

量綱

國際單位制(SI)中,磁感應(yīng)強度的單位是特斯拉,簡稱特(T)。在高斯單位制中,磁感應(yīng)強度的單位是高斯(Gs ),等于10的四次方高斯。由于歷史的原因,與電場強度E對應(yīng)的描述磁場的基本物理量被稱為磁感應(yīng)強度B,而另一輔助量卻被稱為磁場強度H,名實不符,容易混淆。通常所謂磁場,均指的是B。

B在數(shù)值上等于垂直于磁場方向長1 m,電流為1 A的直導(dǎo)線所受磁場力的大小。

,(由而來)。

注:磁場中某點的磁感應(yīng)強度B是客觀存在的,與是否放置通電導(dǎo)線無關(guān),定義式中要求一小段通電導(dǎo)線應(yīng)垂直于磁場放置才行,如果平行于磁場放置,則力F為零。

例子(單位:T)

原子核表面 約;

中子星表面 約;

星際空間

人體表面 。

磁場方向即磁感應(yīng)強度的方向,判定方法是放入檢驗小磁針北極所受磁場力的方向,也是小磁針穩(wěn)定平衡時的方向。

通電導(dǎo)體受安培力方向可用左手定則:讓磁感線垂直穿過左手手心,四指指向電流方向,并使拇指與四指垂直,拇指所指方向即通電導(dǎo)體所受磁場力(安培力)方向。若磁感線不與電流方向垂直,則將磁感應(yīng)強度分解到垂直于電流和平行于電流方向,對垂直于電流的分量應(yīng)用上述左手定則即可,若平行,則不受安培力。可見,安培力垂直與磁感應(yīng)強度和電流共同確定的平面。同向的電流相互吸引,反向的電流相互排斥。

計算方法

無限長載流直導(dǎo)線外:

其中, ,為真空磁導(dǎo)率。r為該點到直導(dǎo)線距離。

圓電流圓心處:

其中,r為圓半徑。

無限大均勻載流平面外:

其中,α是流過單位長度的電流。

一段載流圓弧在圓心處:

其中,φ是該圓弧對應(yīng)的圓心角,單位為弧度。

畢奧-薩伐爾定律:

Idl表示恒定電流的一電流元,r表示從電流元指向某一場點P的徑矢。式中B、dl、r均為向量,e為單位向量,方向與r相同。

參考資料 >

Magnetic Flux Density.Magnetic Flux Density.2023-12-26

課本|人教版高中物理必修第三冊第十三章第二節(jié) 磁感應(yīng)強度 磁通量.微信公眾平臺.2023-12-26

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