磁感应强度与磁场强度

近代物理早已证明,磁场与电场一样,都是一种特殊物质。虽然它们看不见摸不着,但它们都既能表现力的性质又能表现能的性质。电场力的性质可由电场强度(E)这个物质量完全描述;而磁场力的性质既可以用磁感应强度(B)这个物理量来描述,也可以用磁场强度(H)这个物理量来描述。在普通物理电磁学中,磁感应强度和磁场强度又同时出现,同时采用。为什么同一磁场的同一性质可用两种名称不同的物理量来描述?磁感应强度与磁场强度有什么不同,又有什么联系?又如,磁感应强度B和磁场强度H,到底哪一个是描述磁场的主要量?哪一个是辅助量?也曾议论纷纷,难以定论。这里我们只能对磁感应强度与磁场强度作一粗浅讨论。

不管怎样,磁感应强度B(以下简称B)与磁场强度H(以下简称H)是两个不尽相同的物理概念。这可从它们各自的意义看出。

B的常见定义有两种。

(1)用磁场对运动电荷作用力的性质来描述磁场。当运动电荷q0以速度v通过磁场中某一确定点P时,q0会受到磁力F的作用,而当q0沿某特定方向通过P点时,磁力F却等于零,此方向称为零力线方向。运动电荷q0在保持速度大小不变的情况下垂直于零力线方向通过P点时,受磁力最大,且此最大磁力Fmax与q0的电量成正比。于是,定义B的大小为

BFmax/q0v ,B的方向为Fmax×v的方向,具体可按右手螺旋法(见下图)决定。

右手螺旋定则

(2)用电流元在磁场中受力特性来描述磁场。当我们把检验电流元Idl出放在磁场中某一给定处时,电流元受到的磁力与自身的取向有关,在某特殊方向及与之相反的方向上,电流元不受磁力,而将电流元转过π/2 ,即电流元在垂直于上述特殊方向电流元受的磁力最大。于是,定义磁场中某一点磁感应强度力小为BFmax/Idl ,磁感应强度的方向为Fmax×Idl的方向。总之不管是按第一种方法定义,还是按第二种方法定义磁强度B,结果是一致的。磁场中某一点B的方向实际上都是小磁针的北极在该点稳定时所指示的方向。

磁场强度H也有两种定义方法。

(1)用磁场对“磁荷”的作用特性来描述磁场。1785年库仑仿照研究电场的方法,确立了磁库仑定律:两磁荷间引力和斥力大小与它们的磁荷强度乘积成正比,与它们之间的距离平方成反比,即FKqm1•qm2/r2 。由此定义磁场中某一点的磁场强度为:

HF/qm

F为试验磁荷qm在磁场中某点所受的磁场力。因而,磁场中某一点的磁场强度,数值上就等于单位正磁荷在该点所受到磁场力。显然,磁场强度的这种定义方法完全是建立在“磁荷”观点基础上的,“磁荷”观点是一个古老的观点。在磁库仑定律确立三十五年以后,奥斯特发现电流对磁针也有磁力作用,从此,人们就揭开了磁的本质。磁的本质是运动着的电荷,运动电荷(电流)在其周围要激发磁场。于是,人们就采用磁感应强度B来描述磁场强弱,而把磁场强度H仅作为一个辅助量,且仅在深入讨论磁介质中的磁场性质时出现——这已涉及到磁场强度的第二种定义。

(2)把H作为B的一个辅助量来描述磁场。在磁介质中,若一点的磁感应强度为B(实为传导电流激发的磁感应强度和磁介质磁化而产生的磁化电流激发的磁感应强度的矢量和),磁化强度为M,则定义该点的磁场强度为:

HB0MB=μ0HM

对各向同性非铁磁质而言,因M=χmH,χm为磁化率,则B=μ0(1+χmH。令μr=1+χm,称磁介质的相对磁导率,μ=μ0μr为磁介质的绝对磁导率。在真空中,χm=0,μr=1,故有μ真空=μ0,为真空的磁导率。引入磁导率之后,就有B=μH这一重要的关系。对铁磁质,因一般不存在M=χmH的关系,因而一般不存在B=μH的关系,只有HB0M才有意义。能够证明,只有当均匀非铁磁质充满磁场不为零的整个空间(如通电螺线管中)时,才有HB00 关系,B0为传导电流激发的磁感应强度。可见H只与传导电流有关是有特定条件的,一般情况下,H不仅与传导电流有关,而且还与磁化电流有关,即HB00

以上我们虽然并没有对BH作深入细致的讨论,但从上面B和H的定义已足以看出,磁感应强度和磁场强度的内涵不同,确是两个不同的物理概念,尽管它们都是描述磁场强弱的物理量。

另外,磁感应强度的单位是特斯拉,1特斯拉=1牛顿/安培•米,而磁场强度的单位是安培/米。

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发布时间:2011/1/14 上午8:22:49  阅读次数:27944

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