磁場強度

磁場強度描寫磁場性質的物理量。用H表示。其定義式為

，式中B是磁感應強度，M是磁化強度，μ₀是真空中的磁導率，μ₀=4π×10^-7特斯拉·米/安。H的單位是安/米。在高斯單位制中H的單位是奧斯特。1安/米=4π×10-3奧斯特。 ^[1] 

歷史上磁場強度H是從磁荷觀點定義的。磁荷觀點是從研究永磁鐵相互作用問題中總結出來的。當時還不知道磁性與電流的關係，由於條形磁鐵有N、S兩極，且同性磁極相斥，異性磁極相吸，這一點與正、負電荷之間的相互作用很相似，於是把永磁體與帶電體相比較，假設磁極是由磁荷分佈形成的。N極上的磁荷叫正磁荷，S極上的磁荷叫負磁荷。同性磁荷相斥，異性磁荷相吸。當磁極本身的線度比正、負磁極間的距離小很多時，磁極上的磁荷稱為點磁荷。 ^[1] 

庫侖通過實驗得到兩個點磁荷之間相互作用力的規律，稱為磁庫侖定律，表示為

，式中k是比例係數，與式中各量的單位選取有關，q_m1、q_m2表示每個點磁荷的數值，γ是兩個點磁荷之間的距離，

是兩者連線上的單位矢。按照磁荷觀點，仿照電場強度的定義規定磁場強度H是這樣一個矢量：其大小等於單位點磁荷在磁場中某點所受的力，其方向為正磁荷在該點所受磁場力的方向。表為H=F_m/q_m0，式中q_m0是試探點磁極的磁荷，Fm為qm0在磁場中所受的磁力。顯然，與點電荷的電場強度公式

^[4-5]  相對應，點磁荷的磁場強度公式為H=κqm/γ²r。從磁荷觀點把H稱為磁場強度是合理的，它與E相對應。從分子電流觀點，磁場是電流(運動電荷)產生的，並給電流(運動電荷)以作用力。從電流元、運動電荷等在磁場中受力的角度反映磁場的性質定義B(B=F最大/I2dl2，B=F最大/qv⊥)。顯然，此時B是與電場強度E對應的。B本應叫磁場強度，由於磁場強度一詞歷史上已被H佔用了，所以將B叫磁感應強度。磁荷觀點在歷史上完全是在與電荷類比中提出的，實驗上並沒有找到單獨存在的磁荷。1931年狄拉克從量子力學觀點提出磁單極的存在，當前仍未找到它，但也沒有否定它的存在，尚屬於研究課題。分子電流觀點和磁荷觀點二者微觀模型不同，但宏觀結果完全一樣。不管磁荷是否存在，在討論永磁問題中採用磁荷觀點往往比較簡便，至今仍有應用價值。 ^[1] 

在順磁質和抗磁質中式B=μH成立。由式可知B與H成正比且方向一致。在H具有一定對稱性的情況下，可用有介質存在時的安培環路定理求得H，再用上式求得B。這種方法也可用來近似計算軟鐵磁材料中的H、B。在硬磁材料中一般H、B、M方向均不同，它們之間的關係只能用式H=B/μ0-M表示。 ^[1] 

磁荷意義下，磁場強度的定義為：

與電場強度類似。

在介質中，磁場強度則通常被定義為：

^[2] 

式中

為磁化強度。

在國際單位制（SI）中，磁場強度的單位為安[培]/米（

），量綱為

；在高斯單位制（CGS）中，磁場強度單位是奧[斯特]（

）。1安/米相當於

奧。 ^[2] 

簡易定義：把磁場中某點磁感應強度B與介質磁導率μ的比值叫作該點的磁場強度。

磁場強度由磁感應強度與磁導率定義而來，起輔助作用，重要的是理解後兩者。

在恆定磁場中磁場強度的閉合環路積分僅與環路所鏈環的傳導電流

有關而不含束縛分子電流，即 ^[3] 

在真空中，磁場強度

當有磁介質時，

在其內部

而

,故式中

為磁化率；

為磁化強度，

。

在時變電磁場中，磁場強度的閉合環路積分與環路所鏈環的全電流有關，但仍不包括束縛分子電流，即

全電流由傳導電流

與位移電流

組成。此式的微分形式為 ^[2] 

式中

為傳導電流密度；

為電位移矢量

的時間變化率，即位移電流密度，其面積積分為

。

磁場強度的計算公式：

其中H為磁場強度，單位為A/m；N為勵磁線圈的匝數；I為勵磁電流（測量值），單位為A；Le為測試樣品的有效磁路長度，單位為m。

雖然很早以前，人類就已知道磁石和其奧妙的磁性，最早出現的幾個學術性論述之一，是由法國學者皮埃·德馬立克（Pierre de Maricourt）於公元1269 年寫成。德馬立克仔細標明瞭鐵針在塊型磁石附近各個位置的定向，從這些記號，又描繪出很多條磁場線。他發現這些磁場線相會於磁石的相反兩端位置，就好像地球的經線相會於南極與北極。因此，他稱這兩位置為磁極。幾乎三個世紀後，威廉·吉爾伯特主張地球本身就是一個大磁石，其兩個磁極分別位於南極與北極。出版於1600 年，吉爾伯特的鉅著《論磁石》（De Magnete）開創磁學為一門正統科學學術領域。

於1824年，西莫恩·泊松發展出一種物理模型，比較能夠描述磁場。泊松認為磁性是由磁荷產生的，同類磁荷相排斥，異類磁荷相吸引。他的模型完全類比現代靜電模型；磁荷產生磁場，就如同電荷產生電場一般。這理論甚至能夠正確地預測儲存於磁場的能量。

儘管泊松模型有其成功之處，這模型也有兩點嚴峻瑕疵。第一，磁荷並不存在。將磁鐵切為兩半，並不會造成兩個分離的磁極，所得到的兩個分離的磁鐵，每一個都有自己的指南極和指北極。第二，這模型不能解釋電場與磁場之間的奇異關係。

於1820年，一系列的革命性發現，促使開啓了現代磁學理論。首先，丹麥物理學家漢斯·奧斯特於7月發現載流導線的電流會施加作用力於磁針，使磁針偏轉指向。稍後，於9月，在這新聞抵達法國科學院僅僅一週之後，安德烈-瑪麗·安培成功地做實驗展示出，假若所載電流的流向相同，則兩條平行的載流導線會互相吸引；否則，假若流向相反，則會互相排斥。緊接着，法國物理學家讓-巴蒂斯特·畢奧和菲利克斯·沙伐於10月共同發表了畢奧-薩伐爾定律；這定律能夠正確地計算出在載流導線四周的磁場。

1825年，安培又發表了安培定律。這定律也能夠描述載流導線產生的磁場。更重要的，這定律幫助建立整個電磁理論的基礎。於1831年，麥可·法拉第證實，隨着時間演進而變化的磁場會生成電場。這實驗結果展示出電與磁之間更密切的關係。

磁場強度計(5張)

從1861年到1865之間，詹姆斯·麥克斯韋將經典電學和磁學雜亂無章的方程加以整合，發展成功麥克斯韋方程組。最先發表於他的1861年論文《論物理力線》，這方程組能夠解釋經典電學和磁學的各種現象。在論文裏，他提出了“分子渦流模型”，併成功地將安培定律加以延伸，增加入了一個有關於位移電流的項目，稱為“麥克斯韋修正項目”。由於分子渦包具有彈性，這模型可以描述電磁波的物理行為。因此，麥克斯韋推導出電磁波方程。他又計算出電磁波的傳播速度，發現這數值與光速非常接近。警覺的麥克斯韋立刻斷定光波就是一種電磁波。後來，於1887年，海因裏希·赫茲做實驗證明了這事實。麥克斯韋統一了電學、磁學、光學理論。

雖然，有了極具功能的麥克斯韋方程組，經典電動力學基本上已經完備，在理論方面，二十世紀帶來了更多的改良與延伸。阿爾伯特·愛因斯坦，於1905年，在他的論文裏表明，電場和磁場是處於不同參考系的觀察者所觀察到的同樣現象（幫助愛因斯坦發展出狹義相對論的思想實驗，關於其詳盡細節，請參閲移動中的磁鐵與導體問題）。後來，電動力學又與量子力學合併為量子電動力學。