磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度

磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度磁現(xiàn)象一、從遠(yuǎn)古起，人們就對(duì)自然界存在的一些磁現(xiàn)象有所認(rèn)識(shí).實(shí)際上，磁現(xiàn)象比電現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)得更早.然而在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，人們卻不了解磁現(xiàn)象的本質(zhì)和成因.1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)，在載流導(dǎo)線旁邊放置的小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖9-4所示.圖9-4載流導(dǎo)線對(duì)小磁針的作用這說明載流導(dǎo)線周圍存在著能夠影響小磁針指向的磁場(chǎng)，就像電荷周圍存在著電場(chǎng)一樣.同年，法國(guó)物理學(xué)家安培發(fā)現(xiàn)，通電導(dǎo)線在磁極附近會(huì)受到力的作用，如圖9-5所示.圖9-5磁鐵對(duì)載流導(dǎo)線的作用安培在實(shí)驗(yàn)后不久，又發(fā)現(xiàn)了載流導(dǎo)線之間也有相互作用力，如圖9-6所示.圖9-6兩平行載流導(dǎo)線間的相互作用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通電的線圈對(duì)外界的作用與一根條形磁鐵相似，線圈的一端為N極，另一端為S極.若右手握拳，以四指表示電流方向，則大拇指的方向就指向N極的一端，如圖9-7所示.圖9-7通電線圈的磁極以上實(shí)驗(yàn)說明，載流導(dǎo)線周圍存在著磁場(chǎng)，磁場(chǎng)又對(duì)放在其中的通電導(dǎo)線產(chǎn)生作用力.這種情況與電荷周圍存在電場(chǎng)，電場(chǎng)對(duì)場(chǎng)內(nèi)其他電荷產(chǎn)生作用力相類似.人們自然會(huì)設(shè)想，磁現(xiàn)象與運(yùn)動(dòng)電荷(電流)可能有密切的關(guān)系.1822年，安培提出了關(guān)于磁現(xiàn)象起源的假設(shè).他認(rèn)為，一切磁現(xiàn)象都來源于電流.物體內(nèi)部任何一個(gè)分子都相當(dāng)于一個(gè)小的回路電流，稱為分子電流.每個(gè)分子電流都和一個(gè)小磁針等效，磁針的N、S兩極對(duì)應(yīng)于分子電流的兩側(cè)，如圖9-8（a)所示.宏觀物質(zhì)的磁性，是其內(nèi)部大量分子電流產(chǎn)生的磁效應(yīng)的疊加.如果物體內(nèi)部各分子電流排列整齊，疊加后宏觀上呈現(xiàn)磁性，如圖9-8（b)所示；相反，如果各分子電流排列雜亂，則宏觀上不呈現(xiàn)磁性，如圖9-8（c)所示.圖9-8分子電流安培分子電流理論把宏觀的磁現(xiàn)象和物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，這是一個(gè)重要的貢獻(xiàn).安培分子電流理論與現(xiàn)代物質(zhì)結(jié)構(gòu)的磁學(xué)理論吻合一致.當(dāng)然，根據(jù)現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)，物質(zhì)的磁性不能簡(jiǎn)單地用分子電流來描述，但是分子電流理論不失為一個(gè)很好的簡(jiǎn)化模型.磁場(chǎng)二、運(yùn)動(dòng)電荷之間，除庫侖力作用外，還有磁力作用.過去人們?cè)汛帕醋鞒嘧饔昧?，學(xué)者法拉第第一個(gè)糾正了這種看法.法拉第提出了場(chǎng)的思想和概念，他認(rèn)為如電荷在其周圍激發(fā)電場(chǎng)一樣，運(yùn)動(dòng)電荷或電流也在其周圍空間激發(fā)磁場(chǎng).對(duì)靜電場(chǎng)的研究知道，靜止電荷之間的相互作用是通過電場(chǎng)來傳遞的，而電場(chǎng)的物質(zhì)性之一是它對(duì)于任何置于其中的靜止電荷施加作用力.與此相似，磁力和電場(chǎng)力一樣是近距力，它是通過磁場(chǎng)來傳遞的，任何運(yùn)動(dòng)電荷、電流及磁鐵周圍空間中都存在著磁場(chǎng)，而磁場(chǎng)的基本性質(zhì)之一是它對(duì)置于其中的任一運(yùn)動(dòng)電荷都有磁力的作用.這種相互作用可表示為

運(yùn)動(dòng)電荷←→磁場(chǎng)←→運(yùn)動(dòng)電荷因此，磁力也稱為磁場(chǎng)力.利用磁場(chǎng)的觀點(diǎn)，可以清楚地了解前述關(guān)于磁鐵和磁鐵、磁鐵和電流，以及電流和電流之間的相互作用力都是通過同一種場(chǎng)——磁場(chǎng)來傳遞的.并且，它們都可歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷之間通過磁場(chǎng)而相互作用.磁針能自動(dòng)指出南北，說明地球是一個(gè)大磁場(chǎng)——地磁場(chǎng)對(duì)磁針的作用.關(guān)于地磁場(chǎng)的起因曾有各種假說，一種新的觀點(diǎn)認(rèn)為起因于地球液態(tài)內(nèi)核的轉(zhuǎn)動(dòng)，此內(nèi)核的轉(zhuǎn)速比地殼的轉(zhuǎn)速還要快.既然磁性起源于電荷的運(yùn)動(dòng)，而世界萬物又都是由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子所組成，因而形成了磁現(xiàn)象的普遍性.現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)證實(shí)，從微觀世界中的分子、原子、原子核、基本粒子，到宏觀宇宙中的月球、地球太陽及遙遠(yuǎn)的星際空間，都具有或強(qiáng)或弱的磁性.對(duì)磁現(xiàn)象的研究形成了除傳統(tǒng)磁學(xué)外還有其他磁學(xué)分支，從而推動(dòng)了邊緣磁學(xué)的發(fā)展，并在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用.例如，生物在其生命活動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生微弱的磁場(chǎng)，心磁圖、腦磁圖所顯示的是人體某部位的電壓或磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化，可以反映生理和病理方面的信息.又如，絕熱退磁法是一種獲得超低溫的重要方法，在目前的研究工作中已獲得10－9K的極低溫度.大陸巖磁性和海底巖磁性的研究分別給出了大陸漂移和海底擴(kuò)張的強(qiáng)有力的證據(jù)，對(duì)了解地質(zhì)構(gòu)造都具有重要意義.

磁場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形式.磁場(chǎng)的物質(zhì)性表現(xiàn)之一是磁場(chǎng)對(duì)磁體、運(yùn)動(dòng)電荷或載流導(dǎo)線有磁力或磁力矩的作用；表現(xiàn)之二是載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁力要做功，從而顯示出磁場(chǎng)具有能量.磁感應(yīng)強(qiáng)度三、雖然人們不能用眼睛和手去感知磁場(chǎng)，但磁場(chǎng)的存在并非只是一個(gè)假設(shè).它是物質(zhì)存在的一種表現(xiàn)形式，具有一切物質(zhì)的本質(zhì)屬性，如質(zhì)量、能量和運(yùn)動(dòng)等.對(duì)于如此抽象的物質(zhì)，只能從磁場(chǎng)的物質(zhì)性表現(xiàn)方面描述它.小磁針在通電導(dǎo)線旁發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)際上是受到電流的磁場(chǎng)對(duì)磁針力矩的作用.按照安培分子電流的觀點(diǎn)，一個(gè)載流小線圈相當(dāng)于一個(gè)小磁針，它在載流導(dǎo)線旁也會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，實(shí)踐證明也確實(shí)如此.這樣就可以用載流小線圈代替磁針來探測(cè)磁場(chǎng)的分布.先定義載流線圈的磁矩.若一個(gè)小試驗(yàn)線圈的面積為ΔS，線圈中的電流為I則試驗(yàn)線圈的磁矩Pm=IΔSen，en為線圈法線方向的單位矢量，Pm與電流方向滿足右手螺旋關(guān)系如圖9-9所示.圖9-9載流線圈的磁矩把試驗(yàn)線圈懸在所研究磁場(chǎng)中的某場(chǎng)點(diǎn)，并設(shè)線圈懸線的扭力矩可以忽略.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在磁場(chǎng)中的任意一點(diǎn)，試驗(yàn)線圈磁矩最終都有一個(gè)平衡方向，磁場(chǎng)中的線圈受到的力矩使試驗(yàn)線圈轉(zhuǎn)到一定位置而穩(wěn)定平衡.此時(shí)，線圈所受的磁力矩為零，將線圈正法線en（垂直于載流線圈平面的方向）所指的方向定義為線圈所在處的磁場(chǎng)B的方向.用小磁針做實(shí)驗(yàn)時(shí)，它就是平衡時(shí)小磁針的N極指向.下面是幾種常見磁場(chǎng)的數(shù)量級(jí)：地球磁場(chǎng)0.5×10-4T一般永磁體1×10-2T大型磁