[科普中國]-磁感線

磁感線（Magnetic Induction Iine）：在磁場中畫一些曲線，用（虛線或?qū)嵕€表示）使曲線上任何一點的切線方向都跟這一點的磁場方向相同（且磁感線互不交叉），這些曲線叫磁感線。磁感線是閉合曲線。規(guī)定小磁針的北極所指的方向為磁感線的方向1。磁鐵周圍的磁感線都是從N極出來進入S極，在磁體內(nèi)部磁感線從S極到N極。

物理定義磁力線又叫做磁感線，是用以形象地描繪磁場分布的一些曲線。人們將磁力線定義為處處與磁感應強度相切的線，磁感應強度的方向與磁力線方向相同，其大小與磁力線的密度成正比。了解磁力線的基本特點是掌握和分析磁路的的基礎2。

磁力線是人為的假設的曲線。磁力線有無數(shù)條，磁力線是立體的，所有的磁力線都不交叉，磁力線總是從 N 極出發(fā)，進入與其最鄰近的 S 極并形成。等等這些都是人的想象?；谝粋€有趣的小實驗的想象。這個實驗只需要一個條形磁鐵，一些鐵屑在一塊平板玻璃上就可以展示。

閉合回路這一現(xiàn)象在電磁學中稱為磁通連續(xù)性定理，由 Maxwell 方程描述為： B =0 (4-1)

上式又稱為磁場的高斯定律，表示任意磁場的散度為 0 ，即通過任意閉合曲面的凈磁通總是 0 ，磁力線總是閉合的。

同電流類似，磁力線總是走磁阻最?。ù艑首畲螅┑穆窂?，因此磁力線通常呈直線或曲線，不存在呈直角拐彎的磁力線。

任意二條同向磁力線之間相互排斥，因此不存在相交的磁力線。

當鐵磁材料未飽和時，磁力線總是垂直于鐵磁材料的極性面。當鐵磁材料飽和時，磁力線在該鐵磁材料中的行為與在非鐵磁性介質(zhì)（如空氣、鋁、銅等）中一樣。

由于磁力線具有這樣的基本特性，因此介質(zhì)的磁化狀態(tài)取決于介質(zhì)的磁學特性和幾何形狀。顯而易見，在通常情況下，介質(zhì)都處于非均勻磁化狀態(tài)，也就是說通常介質(zhì)內(nèi)部的磁力線都成曲線狀態(tài)且分布不均勻；另外，由于在自然界雖存在電的絕緣體，但不存在磁的絕緣體(除超導體物質(zhì)），使得通常的磁路都存在漏磁。介質(zhì)處于非均勻磁化狀態(tài)和磁路都存在漏磁這二個特征，就決定了磁路的準確計算非常復雜。原理

假設把小磁針放在磁鐵的磁場中，小磁針受磁場的作用，靜止時它的兩極指向確定的方向。在磁場中的不同點，小磁針靜止時指的方向不一定相同。這個事實說明，磁場是有方向性的，物理上規(guī)定，在磁場中的任意一點，小磁針N極的受力方向，為那一點的磁場方向。

磁感線的概念是著名物理學家法拉第最先發(fā)明并引入的。在電場中可以用電場線形象地描述各點的電場場方向，在磁場中也可以用磁感線 形象地描述各點的磁場方向，磁感線是在磁場中畫出而實際不存在的一些有方向的曲線（也有直的），這些曲線上每一點的切線方向都和這點的磁場方向一致。

磁感線是為了形象地研究磁場而人為假想的曲線，并不是客觀存在于磁場中的真實曲線。

判斷方法**條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線：**相對來講比較簡單，在磁鐵外部，磁感線從N極出來，進入S極；反之，在內(nèi)部由S極到N極。

直線電流磁場的磁感線：在直線電流磁場的磁感線分布中，磁感線是以通電直線導線為圓心作無數(shù)個同心圓，同心圓環(huán)繞著通電導線。實驗表明，如果改變電流的方向，各點磁場的方向都變成相反的方向，也就是說磁感線的方向隨電流的方向而改變。直線電流的方向跟磁感線方向之間的關系可以用安培定則（也叫右手螺旋定則）來判定：用右手握住導線，讓伸直的拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向

環(huán)形電流磁場的磁感線：流過環(huán)形導線的電流簡稱環(huán)形電流，從環(huán)形電流磁場的磁感線分布，可以看出，環(huán)形電流的磁感線也是一些閉合曲線，這些閉合曲線也環(huán)繞著通電導線。環(huán)形電流的磁感線方向也隨電流的方向而改變。研究環(huán)形電流的磁場時，我們主要關心圓環(huán)軸上各點的磁場方向，這可以用右手螺旋定則來判定：讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是圓環(huán)的軸線上磁感線的方向。

通電螺線管磁場的磁感線（類似于條形磁鐵）：螺線管是由導線一圈挨一圈地繞成的。導線外面涂著絕緣層，因此電流不會由一圈跳到另一圈，只能沿著導線流動，這種導線叫做絕緣導線。通電螺線管可以看成是放在一起的許多通電環(huán)形導線，我們自然會想到二者的磁場分布也一定是相似的。實際上的確如此。要判斷通電螺線管內(nèi)部磁感線的方向，就必須知道螺線管的電流方向。螺線管的電流方向跟它內(nèi)部磁感線的方向也可以用右手螺旋定則來判定：用右手握住螺線管，讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致，伸直的拇指所指的方向就是螺線管內(nèi)部磁感線的方向（即N級）。通電螺線管外部的磁感線和條形磁鐵外部的磁感線相似，并和內(nèi)部的磁感線連接，形成一條條閉合曲線。

物理特點①磁感線是閉合曲線，磁鐵外部的磁感線是從N極出來，回到磁鐵的S極，內(nèi)部是從S極到N極，外部的磁感線為曲線，而內(nèi)部的磁感線為直線。

②每條磁感線都是閉合曲線，任意兩條磁感線不相交。

③磁感線上每一點的切線方向都表示該點的磁場方向。

④磁感線的疏密程度表示磁感應強度的大小。

⑤地球磁感線方向和條形磁體的磁感線方向一樣。

特別說明：

①磁場中并沒有磁感線客觀存在，而是人們?yōu)榱搜芯繂栴}的方便而假想的。

②區(qū)別電場線和磁感線的不同之處：電場線是不閉合的，而磁感線則是閉合曲線。

常見磁場直線電流周圍的磁感線

是一些以導線上各點為圓心的同心圓，這些同心圓都在跟導線垂直的平面上○直線電流的方向和磁感線方向之間的關系可用安培定則（也叫右手螺旋定則）來判定：用右手握住導線，讓伸直的大拇指所指的方向跟電流的方向一致，彎曲的四指所指的方向就是磁感線的環(huán)繞方向3。

環(huán)形電流的磁場

○環(huán)形電流磁場的磁感線：是一些圍繞環(huán)形導線的閉合曲線，在環(huán)形導線的中心軸線上，磁感線和環(huán)形導線的平面垂直

○環(huán)形電流的方向跟中心軸線上的磁感線方向之間的關系也可以用安培定則來判定：讓右手彎曲的四指和和環(huán)形電流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是環(huán)形導線中心軸線上磁感線的方向.

通電螺線管的磁場。

○通電螺線管磁場的磁感線：和條形磁鐵外部的磁感線相似，一端相當于南極，一端相當于北極；內(nèi)部的磁感線和螺線管的軸線平行，方向由南極指向北極，并和外部的磁感線連接，形成一些環(huán)繞電流的閉合曲線（圖5）

○通電螺線管的電流方向和它的磁感線方向之間的關系，也可用安培定則來判定：用右手握住螺線管，讓彎曲四指所指的方向和電流的方向一致，則大拇指所指的方向就是螺線管的北極（螺線管內(nèi)部磁感線的方向）****.

電流磁場（和天然磁鐵相比）的特點：磁場的有無可由通斷電來控制；磁場的極性可以由電流方向變換；磁場的強弱可由電流的大小來控制。

【說明】由于后面的安培力、洛倫茲力、電磁感應與磁感應強度密切相關，

物理假說安培分子電流假說4：

對分子電流，結(jié)合環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場的知識及安培定則，以便學生更容易理解**“它的兩側(cè)相當于兩個磁極”，這句話；并應強調(diào)“這兩個磁極跟分子電流不可分割的聯(lián)系在一起”**，以便使他們了解磁極為什么不能以單獨的N極或S極存在的道理。他是根據(jù)環(huán)形電流的磁性與磁鐵相似，提出了一種猜測

【說明】“假說”，是用來說明某種現(xiàn)象但未經(jīng)實踐證實的命題。在物理定律和理論的建立過程中，“假說”，常常起著很重要的作用，它是在一定的觀察、實驗的基礎上概括和抽象出來的。安培分子電流的假說就是在奧斯特的實驗的啟發(fā)下，經(jīng)過思維發(fā)展而產(chǎn)生出來的。

勻強磁場**（1****）**勻強磁場：如果磁場的某一區(qū)域里，磁感應強度的大小和方向處處相同，這個區(qū)域的磁場叫勻強磁場。勻強磁場的磁感線是一些間隔相同的平行直線。

**（2）兩種情形的勻強磁場：**即距離很近的兩個異名磁極之間除邊緣部分以外的磁場；相隔一定距離的兩個平行線圈(亥姆霍茲線圈)通電時，其中間區(qū)域的磁場。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

陳波 - 副教授 - 中央財經(jīng)大學