[科普中國(guó)]-磁感應(yīng)強(qiáng)度

概述

電流（運(yùn)動(dòng)電荷）的周?chē)嬖诖艌?chǎng)，他對(duì)外的重要表現(xiàn)是：對(duì)引入場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)試探電荷、載流導(dǎo)體或永久磁鐵有磁場(chǎng)力的作用，因此可用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)試探電荷的作用來(lái)描述磁場(chǎng)，并由此引入磁感應(yīng)強(qiáng)度B作為定量描述磁場(chǎng)中各點(diǎn)特性的基本物理量，其地位與電場(chǎng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度E相當(dāng)。2

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

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

點(diǎn)電荷q以速度v在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到力f 的作用。在磁場(chǎng)給定的條件下，f的大小與電荷運(yùn)動(dòng)的方向有關(guān) 。當(dāng)v 沿某個(gè)特殊方向或與之反向時(shí)，受力為零；當(dāng)v與這個(gè)特殊方向垂直時(shí)受力最大，為Fm。Fm與|q|及v成正比，比值 與運(yùn)動(dòng)電荷無(wú)關(guān)，反映磁場(chǎng)本身的性質(zhì)，定義為磁感應(yīng)強(qiáng)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(yùn)動(dòng)方向 v 時(shí) ，右手螺旋前進(jìn)的方向 。定義了B之后，運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng) 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(jù)電流元Idl在磁場(chǎng)中所受安培力df=Idl×B來(lái)定義B，或根據(jù)磁矩m在磁場(chǎng)中所受力矩M=m×B來(lái)定義B，三種定義，方法雷同，完全等價(jià)。

計(jì)算公式B=F/IL=F/qv=E/v =Φ/S

F：洛倫茲力或者安培力；

q：電荷量；

v：速度；

E：電場(chǎng)強(qiáng)度；

Φ（=ΔBS或BΔS，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為面積）：磁通量；

S：面積；

L：磁場(chǎng)中導(dǎo)體的長(zhǎng)度。

定義式：F=ILB。

表達(dá)式：B=F/IL。

量綱在國(guó)際單位制（SI）中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉3，簡(jiǎn)稱(chēng)特（T）。在高斯單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是高斯（Gs ），1T=10KGs等于10的四次方高斯。由于歷史的原因，與電場(chǎng)強(qiáng)度E對(duì)應(yīng)的描述磁場(chǎng)的基本物理量被稱(chēng)為磁感應(yīng)強(qiáng)度B，而另一輔助量卻被稱(chēng)為磁場(chǎng)強(qiáng)度H，名實(shí)不符，容易混淆。通常所謂磁場(chǎng)，均指的是B。

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

B= F/IL ，（由F=BIL而來(lái)）。

注：磁場(chǎng)中某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B是客觀存在的，與是否放置通電導(dǎo)線無(wú)關(guān)，定義式F=BIL中要求一小段通電導(dǎo)線應(yīng)垂直于磁場(chǎng)放置才行，如果平行于磁場(chǎng)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(chǎng)方向即磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向，判定方法是放入檢驗(yàn)小磁針北極所受磁場(chǎng)力的方向，也是小磁針?lè)€(wěn)定平衡時(shí)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(guò)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(chǎng)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(qiáng)度分解到垂直于電流和平行于電流方向，對(duì)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?？梢?jiàn)，安培力垂直與磁感應(yīng)強(qiáng)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(jì)算方法無(wú)限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線外：

其中， ，為真空磁導(dǎo)率。r為該點(diǎn)到直導(dǎo)線距離。

圓電流圓心處：

其中，r為圓半徑。

無(wú)限大均勻載流平面外：

其中，α是流過(guò)單位長(zhǎng)度的電流。

一段載流圓弧在圓心處：

其中，φ是該圓弧對(duì)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(chǎng)點(diǎn)P的徑矢。式中B、dl、r均為矢量，e為單位向量，方向與r相同3。