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磁感應強度

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磁感應強度是指描述磁場強弱和方向的物理量,是矢量,常用符號B表示,國際通用單位為特斯拉(符號為T)。磁感應強度也被稱為磁通量密度或磁通密度。在物理學中磁場的強弱使用磁感應強度來表示,磁感應強度越大表示磁感應越強。磁感應強度越小,表示磁感應越弱 [1] 
中文名
磁感應強度
外文名
magnetic flux density
別    名
磁通量密度
磁通密度
表達式
B=F/IL
適用領域
電磁學
應用學科
物理
單    位
T

磁感應強度基本介紹

電流(運動電荷)的周圍存在磁場,它對外的重要表現是:對引入場中的運動試探電荷、載流導體或永久磁鐵有磁場力的作用,因此可用磁場對運動試探電荷的作用來描述磁場,並由此引入磁感應強度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。 [2] 
這個物理量之所以叫做磁感應強度,而沒有叫做磁場強度,是由於歷史上磁場強度一詞已用來表示另外一個物理量了,區別:磁感應強度反映的是相互作用力,是兩個參考點A與B之間的應力關係,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。

磁感應強度定義

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,當電流方向與磁場方向平行時,電流受的安培力最小,等於零;當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 。當v沿某個特殊方向或與之反向時,受力為零;當v與這個特殊方向垂直時受力最大,為FmFm與|q|及v成正比,比值與運動電荷無關,反映磁場本身的性質,定義為磁感應強度的大小,即。B的方向定義為:由正電荷所受最大力Fm的方向轉向電荷運動方向v時 ,右手螺旋前進的方向 。定義了B之後,運動電荷在磁場 B 中所受的力可表為 F= QVB,此即洛倫茲力公式
除利用洛倫茲力定義B外,也可以根據電流元Idl在磁場中所受安培力df=Idl×B來定義B,或根據磁矩m在磁場中所受力矩M=m×B來定義B,三種定義完全等價。

磁感應強度量綱

在國際單位制(SI)中,磁感應強度的單位是特斯拉,簡稱特(T),量綱為[M][T]-2A-1,1特斯拉=1牛頓·秒/(庫侖·米)。
在高斯單位制中,磁感應強度的單位是高斯(Gs ),1T=10KGs,即等於10的四次方高斯。由於歷史的原因,真空中與電場強度E對應的描述磁場的基本物理量被稱為磁感應強度B,而在介質中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在數值上等於垂直於磁場方向長1m,電流為1A的直導線所受磁場力的大小。
B= F/IL ,(由F=BIL而來)。
注:磁場中某點的磁感應強度B是客觀存在的,與是否放置通電導線無關,定義式F=BIL中要求一小段通電導線應垂直於磁場放置才行,如果平行於磁場放置,則力F為零 [4] 
例子(單位:T)
原子核表面 約10^12;
中子星表面 約10^8;
星際空間 10^(-10);
人體表面 3*10^(-10)。
磁場方向即磁感應強度的方向,判定方法是放入檢驗小磁針北極所受磁場力的方向,也是小磁針穩定平衡時的方向。
通電導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,並使拇指與四指垂直,拇指所指方向即通電導體所受磁場力(安培力)方向。若磁感線不與電流方向垂直,則將磁感應強度分解到垂直於電流和平行於電流方向,對垂直於電流的分量應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。

磁感應強度計算公式

B=F/IL=F/qv=Φ/S
F:洛倫茲力或者安培力;
q:電荷量;
v:速度;
E:電場強度;
Φ:=ΔBSBΔSB為磁感應強度,S為面積,磁通量;
S:面積;
L:磁場中導體的長度。
定義式:F=ILB
表達式:B=F/IL

磁感應強度計算方法

無限長載流直導線外:
其中,
,為真空磁導率r為該點到直導線距離。
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是該圓弧對應的圓心角,單位為弧度。
Idl表示恆定電流的一電流元,r表示從電流元指向某一場點P的徑矢。式中B、dlr均為矢量,e為單位向量,方向與r相同 [3] 
參考資料
  • 1.    賈起民.電磁學:高等教育出版社,2001年
  • 2.    程守洙、江之永.《普通物理學》:高等教育出版社,2006:P336
  • 3.    趙凱華 陳熙謀.新概念物理教程-電磁學:高等教育出版社,2006:110
  • 4.    人民教育出版社.高中物理選修3-1:人民教育出版社,2008年