磁感應強度(b(物理術語))

磁感應強度(物理術語)

b(物理術語)一般指本詞條

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。

基本介紹

  • 中文名:磁感應強度
  • 外文名:magnetic flux density
  • 別稱:磁通量密度、磁通密度
  • 表達式:B=F/IL
  • 套用學科:物理
  • 適用領域範圍:電磁學
  • 單位:T
概述,定義,量綱,計算公式,計算方法,

概述

電流(運動電荷)的周圍存在磁場,他對外的重要表現是: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。
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。

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Fm。Fm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,方法雷同,完全等價。

量綱

國際單位制(SI)中,磁感應強度的單位是特斯拉,簡稱特(T)。在高斯單位制中,磁感應強度的單位是高斯(Gs ),1T=10KGs等於10的四次方高斯。由於歷史的原因,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1 m,電流為1 A的直導線所受磁場力的大小。
B= F/IL ,(由F=BIL而來)。
註: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。
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套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。

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(=ΔBS或BΔS,B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。

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、dl、r均為矢量,e為單位向量,方向與r相同。

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