磁场强度H和磁感应强度B的区别,联系和物理意义.

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电磁铁磁学名词解释

电磁铁磁学名词解释

电磁学名词解释

什么叫磁感应强度(B),什么叫磁通密度(B),B与H,J,M之间存在什么样的关系

理论与实践均表明,对任何介质施加一磁场H时(该磁场可由外部电流或外部永磁体提供,亦可由永磁体对永磁介质本身提供,由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场---关于退磁场的概念,见9 Q),介质内部的磁场强度并不等于H,而是表现为H与介质的磁极化强度J之和。由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的,为与H区别,称之为介质的磁感应强度,记为B:

B=?0H+J(SI单位制)(1-1)

B=H+4?M(CGS单位制)

磁感应强度B的单位为T,CGS单位为Gs(1T=104Gs)。

对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等,其磁极化强度J、磁化强度M 几乎等于0,故在这些介质中磁场强度H与磁感应强度B相等。

由于磁现象可以形象地用磁力线来表示,故磁感应强度B又可定义为磁力线通量的密度,磁感应强度B和磁通密度B在概念上可以通用。

金属磁性材料分为几大类,它们是如何划分的

金属磁性材料分为永磁材料、软磁材料二大类。通常将内禀矫顽力大于

0."8kA/m的材料称为永磁材料,将内禀矫顽力小于

0."8kA/m的材料称为软磁材料。

什么叫磁能积(BH)m

在永磁材料的B退磁曲线上(二象限),不同的点对应着磁体处在不同的工作状态,B退磁曲线上的某一点所对应的Bm和Hm(横坐标和纵坐标)分别代表磁体在该状态下,磁体内部的磁感应强度和磁场的大小,Bm和Hm的绝对值的

乘积(BmHm)代表磁体在该状态下对外做功的能力,等同于磁体所贮存的磁能量,称为磁能积。在B退磁曲线上的Br点和bHc点,磁体的(BmHm)=0,表示此时磁体对外做功的能力为0,即磁能积为0;磁体在某一状态下(BmHm)的值最大,表示此时磁体对外做功的能力最大,称为该磁体的最大磁能积,或简称磁能积,记为(BH)max或(BH)m。因此,人们通常都希望磁路中的磁体能在其最大磁能积状态下工作。

磁感应强度和磁场强度关系式

磁感应强度和磁场强度关系式

一般来说,空间中的磁感应强度用B表示,磁场强度用H来表示的话,他们有如下关系:

H=B/u-P,当然H,B,P都是矢量.

其中,u是空间磁介质的磁感应常数,空气中是u0.而P是磁介质中的磁化强度.

当然一般的,在空气中,可以认为P等于0而简化为H=B/u0.

磁感强度磁场强度区别

磁感强度磁场强度区别

磁场强度和磁感应强度均为表征磁场磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度是一个基本物理量,较容易理解,就是垂直穿过单位面积的磁力线的数量。磁感应强度可通过仪器直接测量。磁感应强度也称磁通密度,或简称磁密。常用B表示。其单位是韦伯/平方米(Wb/m^2)或特斯拉(T)
磁场传播需经过介质(包括真空),介质因磁化也会产生磁场,这部分磁场与源磁场叠加后产生另一磁场。或者说,一个磁场源在产生的磁场经过介质后,其磁场强弱和方向变化了。
为了描述磁场源的特性,也为了方便数学推导,引入一个与介质无关的物理量H,H=B/u0-M,式中,u0为真空磁导率,M为介质磁化强度。这个物理量,就是磁场强度。磁场强度的单位是安/米(A/m)。

磁感应强度与磁场强度的关系及计算

磁感应强度与磁场强度的关系及计算

磁感应强度与磁场强度的关系及计算

磁感应强度和磁场强度是磁学中两个重要的概念,它们之间存在着密切的关系。磁感应强度是指单位面积上垂直于磁场方向的磁感线数目,通常用B表示;而磁

场强度是指单位长度磁感线上的磁感应强度,通常用H表示。本文将探讨磁感应

强度与磁场强度之间的关系,并介绍如何计算它们。

首先,我们需要了解磁感应强度和磁场强度的定义。磁感应强度B是指单位面积上垂直于磁场方向的磁感线数目,它用下式表示:

B = Φ / A

其中,Φ表示通过单位面积的磁通量,A表示单位面积。磁场强度H是指单位

长度磁感线上的磁感应强度,它用下式表示:

H = B / μ

其中,μ是磁导率,是介质对磁场的响应能力。根据这两个定义,我们可以得

到磁感应强度与磁场强度之间的关系:

B = μH

这个关系告诉我们,磁感应强度与磁场强度之间存在着线性关系,而磁导率μ

则是两者之间的比例系数。可以说,磁感应强度是磁场强度的一个体现,它描述了磁场的强弱程度。

在实际应用中,我们经常需要通过已知的磁场强度来计算磁感应强度。这时,

我们可以利用上述的关系式进行计算。首先,我们需要知道磁场强度H的数值,

然后根据磁导率μ的数值,就可以计算出磁感应强度B的数值。

例如,假设某个磁场强度为100 A/m,而磁导率为1.26 × 10^-6 H/m,我们可以通过上述关系式计算出磁感应强度的数值:

B = μH = (1.26 × 10^-6 H/m) × (100 A/m) = 1.26 × 10^-4 T

这样,我们就得到了磁感应强度为1.26 × 10^-4 T。这个数值告诉我们,单位面积上垂直于磁场方向的磁感线数目为1.26 × 10^-4 条。通过这个例子,我们可以看到,磁感应强度的数值是与磁场强度和磁导率共同决定的。

磁场强度h和磁感应强度b的区别,联系和物理意义

磁场强度h和磁感应强度b的区别,联系和物理意义

设想你暂时只知道磁场是由磁铁产生,也知道牛顿力学,但尚不知道怎么物理上定义“磁场”。

有一天,你用电流做实验。你惊讶的发现:通了电的导线能使它附近的小磁针扭转,从而得出了“电流也产生磁场”的结论。

进一步,你通过力学(如平行电流线,扭转力矩等)的测量,你发现 1.长直导线外,到导线距离相等的点,磁针感受到的“磁场”强度相同2.距离不同的点,“磁场”强度随着距离成反比。这样,你便想要通过力学测量和电流强度定义一个物理量H,2*pi*r*H=I。对形状稍稍推广,你就得到了安培环路定理的一般积分形式。

注意这时候不需要用到真空磁导率μ0,因为你只要知道电流I就足以定义H这个物理量,没有理由知道μ0这回事儿。

现在,你有了H,有了“电流能够产生磁场”这个概念,有了安培环路定理。你心满意足,转移了研究兴趣,开始研究带电粒子的受力。

对于一定速度的粒子,加上刚才的磁场,通过几何轨道,牛顿力学,你可以测出粒子受的力。你发现受的力和电荷数q以及速度成正比,也和H成正比,但是力F并不直接等于qvH,而是还差一个因子:F=A*q*vⅹH,A只是个待定因子,暂未赋予物理意义。

这个公式多了个外加因子,不好看。现在你开始考虑构建“磁导率”这个概念,因为H只是电流外加给的磁场,你希望通过粒子受力,直接定义一个粒子感受到的磁场——叫它B,使得F= qvⅹB成立。现在你理解的磁导率,就是一个粒子对外界磁场的受力响应程度:磁导率大,那么同样大的外加磁场H使得粒子受力的响应(如偏转)也越大;磁导率如果为零,那么多大的磁场也不会使得粒子有偏转等力学反应,磁导率如果近乎无限大,你只要加一丁点外磁场H,粒子就已经偏转的不亦乐乎了。

磁场参数计算公式 (2)

磁场参数计算公式 (2)

磁场参数计算公式

一、磁场强度与磁感应强度计算公式

1、磁场强度与磁感应强度定义

磁场强度是线圈安匝数的一个表征量,反映磁场的源强弱。磁感应强度则表示磁场源在特定环境下的效果。打个不恰当的比方,你用一个固定的力去移动一个物体,但实际对物体产生的效果并不一样,比如你是借助于工具的,也可能你使力的位置不同或方向不同.对你来说你用了一个确定的力.而对物体却有一个实际的感受,你作用的力好比磁场强度,而物体的实际感受好比磁感应强度。

2、磁场强度与磁感应强度区别

磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质(即磁场强弱和方向)的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的,而磁介质(除超导体以外不存在磁绝缘的概念,故一切物质均为磁介质)在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响(场的迭加原理)。因此,磁场的强弱可以有两种表示方法:在充满均匀磁介质的情况下,若包括介质因磁化而产生的磁场在内时,用磁感应强度B表示,其单位为特斯拉T,是一个基本物理量;单独由电流或者运动电荷所引起的磁场(不包括介质磁化而产生的磁场时)则用磁场强度H表示,其单位为A/m2,是一个辅助物理量。具体的,B决定了运动电荷所受到的洛仑兹力,因而,B的概念叫H 更形象一些。在工程中,B也被称作磁通密度(单位Wb/m2)。在各向同性的磁介质中,B与H的比值即介质的绝对磁导率μ。

3、磁场强度计算公式:H = N × I / Le

式中:H为磁场强度,单位为A/m;N为励磁线圈的匝数;

I为励磁电流(测量值),单位位A;

Le为测试样品的有效磁路长度,单位为m。

浅析磁场强度H和磁感应强度B的区别

浅析磁场强度H和磁感应强度B的区别

浅析磁场强度H和磁感应强度B的区别

作者:凌燕

来源:《湖南教育·D版》2017年第11期

一、导言

磁场强度和磁感应强度都可以用来描述磁场的大小,两者之间既有联系又有区别,在磁学中属于容易混淆的物理概念,理解难度较大。

磁场强度常用符号H表示,单位为安/米(A/ m)。起初,人们认为自然界存在正负两种磁荷,并类比电学,提出磁荷的库仑定律。单位正磁荷在磁场中所受的力被称为磁场强度H。磁荷意义下,磁场强度的定义为:

后来,安培提出分子电流假说,认为并不存在磁荷,磁现象的本质是分子电流。在恒定磁场中磁场强度的闭合环路积分与环路所链环的电流有关,即安培环路定律:

磁感应强度常用符号B表示,国际通用单位为特斯拉(符号为T)。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。

H和B经常在磁介质的磁化问题中同时出现。在真空中,两者的关系:

其中常数为真空磁导率。在介质中,两者的关系为:

M为磁化强度,为介质磁导率。

在电磁学的教学过程中,常常把磁学中的H和B,与电学中的电感应强度(电位移矢量)D和电场强度E相比较。从名字上来看,H和E都是“场强度”,B和D都是“感应强度”,具有一定的相似性;但从物理意义上,H和D、B和E却更加相似,在物理實验中人们关注更多的也是B和E。这一矛盾,增加了学生学习该知识点的难度。要掌握它们真正的物理内涵,需要从它们在历史上的定义来理解。

二、辨析

在历史上,人类对于H的研究早于对B的研究。H的定义最初来源于磁荷观点,后来人们利用电流来定义H。19世纪的物理学家安培发现,通过电流的长直导线外,“磁场的大小”与和导线的距离成反比。在这里,“磁场的大小”是通过小磁针的扭转力矩测量得到的。安培定义了一个新的物理量H,对于长直导线满足:

磁场参数计算公式

磁场参数计算公式

磁场参数计算公式

一、磁场强度与磁感应强度计算公式

1、磁场强度与磁感应强度定义

磁场强度是线圈安匝数的一个表征量,反映磁场的源强弱。磁感应强度则表示磁场源在特定环境下的效果。打个不恰当的比方,你用一个固定的力去移动一个物体,但实际对物体产生的效果并不一样,比如你是借助于工具的,也可能你使力的位置不同或方向不同.对你来说你用了一个确定的力.而对物体却有一个实际的感受,你作用的力好比磁场强度,而物体的实际感受好比磁感应强度。

2、磁场强度与磁感应强度区别

磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质(即磁场强弱和方向)的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的,而磁介质(除超导体以外不存在磁绝缘的概念,故一切物质均为磁介质)在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响(场的迭加原理)。因此,磁场的强弱可以有两种表示方法:在充满均匀磁介质的情况下,若包括介质因磁化而产生的磁场在内时,用磁感应强度B表示,其单位为特斯拉T,是一个基本物理量;单独由电流或者运动电荷所引起的磁场(不包括介质磁化而产生的磁场时)则用磁场强度H表示,其单位为A/m2,是一个辅助物理量。具体的,B决定了运动电荷所受到的洛仑兹力,因而,B的概念叫H 更形象一些。在工程中,B也被称作磁通密度(单位Wb/m2)。在各向同性的磁介质中,B与H的比值即介质的绝对磁导率μ。

3、磁场强度计算公式:H = N × I / Le

式中:H为磁场强度,单位为A/m;N为励磁线圈的匝数;

I为励磁电流(测量值),单位位A;

Le为测试样品的有效磁路长度,单位为m。

磁感应强度B与磁场强度H的区别,联系与物理意义

磁感应强度B与磁场强度H的区别,联系与物理意义

磁感应强度B与磁场强度H的区别,联系与物理意义

从前学普物的时候,提到了磁感应强度B与磁场强度H这两个概念。因为一直疏于思考,没有仔细想过两者的异同。教材里说,H是人为引入的定义,没有物理意义,也没有多想,全盘接受。至于教材提到的关于H与B谁更基本的争论,我只记住了这个事实,并没有想为什么,很是惭愧,更没有想过为什么这么称呼它们。过去的一年里,逐渐理解固体里的故事,现在回想起来,才理顺清楚它们的意义。

简言之,H是外场,B总场,它们单位不同仅仅是由于来源不同:前者通过电流的磁效应得到,后者通过带电粒子在磁场中的运动定义。B比H更加基本,是由于电流本身就是带电粒子的运动产生,所以粒子模型比电流模型更加基本。

想我们处于19世纪,暂时只知道磁场是由磁铁产生,也知道牛顿力学,但尚不知道怎么物理上定义“磁场”的大小。

1.H来源于Ampere定律。Ampere通做电流做实验,发现长直导线外,到导线距离相等的点,“磁场”大小相同;距离不同的点,“磁场”强度随着距离成反比。这里所谓的“磁场”大小是通过小磁针扭转力矩等力学方式得到的。这样,通过力学测量和已有的电流强度的定义,即可定义一个物理量H,满足2*pi*R*H=I。推广后就是Ampere环路定律。

此时无需真空磁导率μ0,因为只要知道电流I就能定义H这个物理量。

2.B来源于带电粒子的受力。对于一定速度的粒子,加上H磁场,通过轨道测量以及牛顿力学,你可以测出粒子受的力。你发现受的力和电荷数q以及速度成正比,也和H成正比,但是力F并不直接等于qvH,而是还差一个因子:F=A*q*vⅹH,A只是个待定因子,暂未赋予物理意义。

磁感应强度和磁场强度的关系

磁感应强度和磁场强度的关系

磁感应强度和磁场强度的关系磁感应强度和磁场强度是磁学中两个重要的概念,它们有着密切的关系。本文将从理论和实践两个角度探讨磁感应强度和磁场强度之间的关系,并分析它们在不同应用中的作用。

一、理论基础

1. 磁场概念

磁场是指物体周围存在的一种物理量,它可以对其他物体或粒子施加磁力。磁场可以由一个磁体产生,也可以由电流通过导线或线圈产生。

2. 磁感应强度的定义

磁感应强度是一个矢量量,用B表示,它表示单位面积垂直于磁场方向上的磁场线的数量。磁感应强度的方向指向磁场线的方向。磁感应强度的单位是特斯拉(T)。

3. 磁场强度的定义

磁场强度是指在磁场中单位电流所受力的大小,用H表示。与电场强度类似,磁场强度的单位是安培/米(A/m)。

二、数学关系

磁感应强度和磁场强度之间存在以下数学关系:

B = μ0 × H

其中,B为磁感应强度,H为磁场强度,μ0为真空中的磁导率,其

值约为4π × 10^-7 特斯拉·米/安培。

三、实验验证

为了验证磁感应强度和磁场强度之间的关系,可以进行实验。一种

常见的方法是利用霍尔效应测量磁场强度和磁感应强度的关系。霍尔

效应是指当电流通过一个导体时,垂直于电流方向的磁场会在导体中

产生一种电势差。通过测量这个电势差,可以计算得到磁场强度和磁

感应强度之间的关系。

四、应用领域

1. 电磁感应

根据法拉第电磁感应定律,当磁场的磁感应强度发生变化时,会在

导体中产生感应电动势。而磁场的磁感应强度的变化可以由外部电流

或磁场引起。因此,磁感应强度和磁场强度的关系在电磁感应中起着

重要作用。

2. 磁共振成像

磁体强弱划分标准

磁体强弱划分标准

磁体强弱划分标准

一、磁通量密度

磁通量密度是描述磁体在单位面积内磁力线穿过的情况,是磁体在某一方向上的磁场强度的矢量。通常使用符号B表示,单位为特斯拉(T)。在磁体中,不同位置的磁通量密度可能不同,但平均值越大,表示磁体的磁场越强。

二、磁感应强度

磁感应强度是描述磁体在单位体积内所受到的磁场力与该体积的质量之比,也称为磁场强度。它的大小可以表示磁体在某一方向上的磁场强度,而方向则表示磁场的方向。通常使用符号H表示,单位为安培/米(A/m)。

三、磁场强度

磁场强度是描述磁体在单位长度内所受到的磁场力与该长度的质量之比,也称为磁感线强度。它的大小可以表示磁体在某一方向上的磁场强度,而方向则表示磁场的方向。通常使用符号H表示,单位为安培/米(A/m)。

四、磁化强度

磁化强度是描述磁体被磁化的程度,也称为磁化力。它的大小可以表示磁体在某一方向上的磁化程度,而方向则表示磁化方向。通常使用符号M表示,单位为安培/米(A/m)。

总之,磁体的强弱可以通过以上四个方面进行划分和描述,这些标准可以用来衡量磁体的磁场强度、磁通量密度、磁场强度和磁化程

度等方面的特征。

普通物理学第八章恒定电流的磁场课后思考题

普通物理学第八章恒定电流的磁场课后思考题

思考题

9-1 为什么不能简单地定义B 的方向就是作用在运动电荷上的磁力方向? 答:运动电荷磁力的方向不仅与磁感应强度B 的方向有关,还与电荷的运动方向、电荷的正负有关。如果电荷运动的方向与磁场方向在同一直线上,此时电荷受力为零,因此不能定义B 的方向就是作用在运动电荷上的磁力方向。

9-2 在电子仪器中,为了减小与电源相连的两条导线的磁场,通常总是把它们扭在一起。为什么?

答:可以将扭在一起的两条通电导线看成是交织在一起的两个螺线管。管外的磁场非常弱;因两个螺线管的通电电流大小相等、方向相反,而且匝数基本相当,管内的磁场基本上可以相互抵消。因此,与电源相连的两条导线,扭在一起时比平行放置时产生的磁场要小得多。

9-3 长为L 的一根导线通有电流I ,在下列情况下求中心点的磁感应强度:(1)将导线弯成边长为L /4的正方形线圈;(2)将导线弯成周长为L 的圆线圈,比较哪一种情况下磁场更强。

解:在本题图 (a)中,由于正方形

线圈电流沿顺时针方向,线圈的四边

在中心处产生的磁场大小相等,方向

都是垂直纸面向里。所以,正方形中

心点的磁感应强度为四边直导线产生得磁感应强度的叠加。由教材例题6-1可知,其大小应为

0214(sin sin )4I B r μββπ=- 将/8r L =,1/4βπ=-,2/4βπ=代入上式得

(

)0004

2sin 4 3.604I I I

B r L L

μμπππ=== 在图6-2(b)中,通电线圈中心处产生的磁场方向也是垂直纸面向里,大小由

教材例题6-2可知为

0'2I B R

电磁铁磁学名词解释

电磁铁磁学名词解释

什么叫磁感应强度〔B〕,什么叫磁通密度〔B〕, B与H, J, M之间存在什么样的关系

理论与实践均说明,对任何介质施加一磁场H时〔该磁场可由外部电流或外部永磁体提供,亦可由永磁体对永磁介质本身提供,由永磁体对永磁介质本身提供的磁场又称退磁场---关于退磁场的概念,见9 Q〕,介质内部的磁场强度并不等于H,而是表现为H与介质的磁极化强度J之和.由于介质内部的磁场强度是由磁场H通过介质的感应而表现出来的,为与H区别,称之为介质的磁感应强度,记为B:

B=?0H+J 〔SI单位制〕〔1-1〕

B=H+4?M 〔CG弹位制〕

磁感应强度B的单位为T, CG弹位为Gs〔1T=104G§.

对于非铁磁性介质如空气、水、铜、铝等,其磁极化强度J磁化强度M

几乎等于0,故在这些介质中磁场强度H与磁感应强度B相等.

由于磁现象可以形象地用磁力线来表示,故磁感应强度B又可定义为磁力

线通量的密度,磁感应强度B和磁通密度B在概念上可以通用.

金属磁性材料分为几大类,它们是如何划分的

金属磁性材料分为永磁材料、软磁材料二大类.通常将内禀矫顽力大于0.8kA/m的材料称为永磁材料,将内禀矫顽力小于0.8kA/m的材料称为软磁材料.

什么叫磁能积〔BH〕m

在永磁材料的B退磁曲线上〔二象限〕,不同的点对应着磁体处在不同的工作状态,B退磁曲线上的某一点所对应的Bm和Hm 〔横坐标和纵坐标〕分别代表磁体在该状态下,磁体内部的磁感应强度和磁场的大小, Bm和Hm的绝对值的

乘积〔BmHm〕代表磁体在该状态下对外做功的水平,等同于磁体所贮存的磁能量,称为磁能积.在B退磁曲线上的Br点和bHc点,磁体的〔BmHm〕 =0,表示此时磁体对外做功的水平为0,即磁能积为0;磁体在某一状态下〔BmHm〕的值最大,表示此时磁体对外做功的水平最大,称为该磁体的最大磁能积,或简称磁能积,记为〔BH〕max 或〔BH〕m.因此,人们通常都希望磁路中的磁体能在其最大磁能积状态下工作.磁能

磁感应强度与磁场强度的区别

磁感应强度与磁场强度的区别

磁感应强度:又称磁通密度,单位体积/面积里的磁通量,用于描述磁场的能量的强度的物理量,是一个矢量,符号是B,单位是特(斯拉)(T)。

磁场强度,是在研究磁介质、推导有磁介质的安培环路定理时引入的辅助物理量,无物理意义,是一个矢量,符号是H,单位是按(培)/米(A/m)。

H=B/(真空磁导率)-M,B=(真空磁导率)*(1+相对磁导率)

*H=(磁导率)*H

事实上,电场中也有电场强度E和点磁感应强度D。其中,E与B的地位相当。D=(电导率)*E

是磁体周围空间存在的特殊物质产生的特殊物质,没有磁场强度的具体概念!但它的大小应该是用磁场线疏密表示的!一般只会考磁感线的概念..说到磁场强度应该只有大小不包括方向

磁感应强度是矢量,它是磁场本身的性质 B=F/IL

还有就是电磁感应部分又叫磁通密度,B=Ф/s 表示单位面积磁感线条数一般解题都是匀强磁场,这两者都可以用B表示。磁感应强度描述磁场的物理量,又叫磁通密度,是矢量,符号是B,单位是特(T)。磁场的特性是对运动电荷、电流有作用力,我们可根据这种作用来定义磁感应强度。

B在磁场中的地位是与电场强度E在电场中所处的地位相对应的。

磁场强度符号是H,是在研究磁介质时引入的一个辅助矢量,并无确切的物理意义,磁感应强度,用来描述磁场的强度。就如同电场强度是描述电场强度的物理。

原本应以此类推称磁感应强度为磁场强度,然而,历史上早已用磁场强度定义了其他物理量,所以不称其为磁场强度,而改称为磁感应强度。磁场强度和磁感应强度均为表征磁场性质(即磁场强弱和方向)的两个物理量。由于磁场是电流或者说运动电荷引起的,而磁介质(除超导体以外不存在磁绝缘的概念,故一切物质均为磁介质)在磁场中发生的磁化对源磁场也有影响(场的迭加原理)。因此,磁场的强弱可以有两种

磁感应强度B和磁场强度H的那些事1 文档

磁感应强度B和磁场强度H的那些事1 文档

磁感应强度B 和磁场强度H 的那些事——剪不断、理还乱

( 有关B 和H 的一些思考和设想) 作者 周某 PB10xxxxxx from USTC 少年班学院

一、 历史回顾:磁感应强度B 与磁场强度H 的由来

1、H 最初来自磁的库伦定律,类比于电场,有试探“磁荷”在磁场中受到的力与“磁荷”自身所具“磁量”之比,即H=F/q m ,但由于磁荷假设本身存在的问题(磁单极子或单独存在的磁荷的存在性尚未得到真正确认),使得H 的这种定义让人难以接受。另一种说法,在Ampere 实验中,发现对于通电导线,其周围“磁场强度”与其到导线的距离成反比,距离相同时“磁场强度”也相同,特别说明,这里的磁场强度是由电流对小磁针的扭转力矩或其他力学方式来确定,由此通过已知的电流和力学方法定义一个物理量,满足2πRH=I ,

从而得到磁场强度的定义。

2、B 最初来自带电粒子在磁场中受力。由牛顿力学可测得知带电粒子所受的力与带电量及其速度成正比,由此定义F=B*q*v ,定义B 为磁感应强度,它反映了带电粒子对磁场作用的“响应”,亦即“感应”,考虑方向即:F =q V ×B ,B 即磁感应强度矢量。

总结:由上可以看出H 和B 的一个基本关系,H 反映是外场本身,而B 反映的是这个场对其他事物的作用。

二、磁介质中的H 与B

基本认识:当磁场不仅限于真空中时,磁介质中的作用应该为总的作用,由外界导入的电流作为附加场源,可以知道磁介质中磁场为外加磁场与磁介质本身由于磁化而产生的极化磁场共同作用的结果。

两种观点下的B 和H “有趣”关系

磁性材料测量(4)—磁场强度H、磁通量Φ、磁感应强度B

磁性材料测量(4)—磁场强度H、磁通量Φ、磁感应强度B

磁场强度H、磁通量Φ、磁感应强度B

磁场强度H和磁感应强度B是最常用描述磁场的参数。其他参数都是建立在两者的基础上的,例如磁导率(B/H),磁损耗(H•dB/dt),极化强度(B-μ0H),磁化强度(B/μ0-H)和磁化曲线(B=f(H))。

洛伦兹1982年发现,在电磁场中,运动速度为v的电荷q受到的力为:

F=q (E +vμ0H)……………………(2.9);通常,这个力可以分解为两部分:

第一个是由电场E引起的力:F′=qE……………………………………………(2.10)第二个是由磁场H产生的力:F′′=qv×μ0H……………………………………(2.11) 因此在电磁场中,电场在任何情况(静止和移动)下都产生作用力,而磁场只在运动的电荷中产生作用力。

磁场强度(有时也称磁场密度)H的单位是1A/m(安培每米)。磁场H在区域A 中产生了磁通量Φ,磁场量Φ与磁材料介质的磁导率μ和磁化强度M有关。在真空中磁化强度为零,磁导率用μ0表示,此时磁场所引起的磁通量为:Φ=μ0•AH…………(2.12)磁通量的单位是Wb(韦伯)或Vs。如图2.3所示,在铁屑中很容易发现磁通量的存在和方向。

磁感应强度B(有时也称为磁通密度)是一个更常用的物理量,表示为:

B=Φ/A………(2.13);从式(2.12)和式(2.13)可以看出,真空中磁场强度和磁感应强度之间的关系为:B=μ0H…………(2.14);磁感应强度的单位是T(特斯拉)。

根据式(2.14),真空中磁场强度H和磁感应强度B之间关系是线性的(μ0为常数)。基于这个原因,哪个量用作参考源并不重要,即因和果是独立的,但通常以磁感应强度作为磁场的参考标准。这个标准定义了电流所产生的磁场和机械力之间的关系。在磁感应强度B为1T时,通过1A的电流,长为1m的载流导体产生的力为1N(力的方向垂直于磁通的方向),如图2.4所示。

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设想你暂时只知道磁场是由磁铁产生, 也知道牛顿力学, 但尚不知道怎么物理上定义“ 磁场” 。

有一天,你用电流做实验。你惊讶的发现:通了电的导线能使它附近的小磁针扭转,从而得出了“ 电流也产生磁场” 的结论。

进一步,你通过力学(如平行电流线,扭转力矩等的测量,你发现 1. 长直导线外,到导线距离相等的点,磁针感受到的“ 磁场” 强度相同 2. 距离不同的点, “ 磁场” 强度随着距离成反比。这样,你便想要通过力学测量和电流强度定义一个物理量 H ,

2*pi*r*H=I。对形状稍稍推广,你就得到了安培环路定理的一般积分形式。

注意这时候不需要用到真空磁导率μ0,因为你只要知道电流 I 就足以定义 H 这个物理量, 没有理由知道μ0这回事儿。

现在,你有了 H ,有了“ 电流能够产生磁场” 这个概念,有了安培环路定理。你心满意足,转移了研究兴趣,开始研究带电粒子的受力。

对于一定速度的粒子, 加上刚才的磁场, 通过几何轨道, 牛顿力学, 你可以测出粒子受的力。你发现受的力和电荷数 q 以及速度成正比,也和 H 成正比,但是力 F 并不直接等于 qvH , 而是还差一个因子:F=A*q*vⅹ H , A 只是个待定因子,暂未赋予物理意义。

这个公式多了个外加因子,不好看。现在你开始考虑构建“ 磁导率” 这个概念,因为 H 只是电流外加给的磁场, 你希望通过粒子受力, 直接定义一个粒子感受到的磁场——叫它 B , 使得 F= qvⅹ B 成立。现在你理解的磁导率,就是一个粒子对外界磁场的受力响应程度:磁导率大,那么同样大的外加磁场 H 使得粒子受力的响应(如偏转也越大;磁导率如果为零, 那么多大的磁场也不会使得粒子有偏转等力学反应, 磁导率如果近乎无限大, 你只要加一丁点外磁场 H ,粒子就已经偏转的不亦乐乎了。

你开始管这个磁导率叫μ,并且定义μ=B/H。其中 H 是(通过电流外来的, B 是使得粒子偏转的响应。这样,磁导率 =粒子的响应 /外加的场。这个式子有着深刻背

景,正是理论物理里线性响应理论的雏形。此外, 你发现, 粒子处于真空中的时候, 这个μ是一个与任何你能想到的物理量都无关的常数,这正是真空磁导率。

目前你已经很有成就了:你通过得到了一个外磁场 H , 并在真空环境下, 把这个磁场作用于带 q 电荷的粒子,你测量粒子受力 F= qvⅹ B ,并且把测量力 F 和速度 v 得到的 B 值与测量电流 I 得到的 H 值相除,你便得到了真空磁导率。

现在你已经知道了, H 与 B 单位的不同,仅仅是由于你最开始研究力学用的单位,和开始研究电荷、电流的单位的不同,导致的一种单位换算。 H 从 I 得来, B 从 F

得来,所以看到的是“ 施H” 与“ 受B” 的关系。 (实际过程还要复杂些,因为先研究的是电场的情形,然后导出了磁场下的情况,所以你看到的μ0是个漂亮的严格值,而真空介电常数作为另一种线性响应确是一个长长的实验数字。

既然知道了 B 与 H 单位不同只是由于电流和牛顿力学导致的,现在你为了简化,将二者单位化为相同单位:B=H;这样你就得到了电磁学里更常用的高斯单位制。如果需要换算,随时添加磁导率即可。

你开始进一步研究了。你已经研究了电流产生磁场的效应,以及单个粒子在磁场中的运动。那么,有着大量粒子的各种材料介质,从铁块,到石墨,到玻璃,它们对于磁场的相应是如

何呢?

现在你通过电流 I ,把磁场 H 加到某种材料当中,你所要研究的粒子,不再活在真空,而在材料里活动,它可以是金属里本身自带的电子,也可以是通过外界射束打入的。这都无妨, 只需记住现在你要研究的粒子不再在真空, 而在介质里。一个粒子受到的力学上的响应, 当然是与这个点的总磁场有关。因此, B 的意义就变得丰富了,它代表在该点处的总磁场。为什么说“ 总” 磁场呢?考虑空间里的一点,没有材

料的时候磁场值为 H 。现在有了材料,这一点处于材料中,外加场 H 穿进材料后,材料受 H 影响产生了一些附加场,在该点处的磁场不再是 H 了。受外界磁场影响使得材料里也有内部额外磁场的过程,我们叫它“ 磁化” 。我们希望一件事物更加具体,

就说把它具体化, 希望一个企业有规模,就说把它规模化, 同样希望一块材料里面有更多额外磁场,就说把它“ 磁化” 。

我们管产生的额外磁场大小叫做 M 。与磁导率一样,为了研究这个额外的磁场M 与外加场 H 的关系,我们定义磁化率χ=M/H. 磁化率大,说明同样大的外磁场,能产生更多的内在额外磁场; 磁化率为很小, 说即使外加磁场很大, 里面的材料也“ 懒得理它” , 只有微弱的响应。这里要注意两点。这是你不难发现, 磁化率也是线性响应的过程。所谓线性响应, 好比我们有五块钱,就能从售货机里买一罐可乐,我们有十块,根据线性响应,就能买两罐, 15块买三罐;如果买得多给打折, 20块给五罐,那么输入(钱和输出(可乐瓶数就不符合线性响应了。磁场情形也一样,太强的外加场 H (输入 ,感生场 M 作为输出,就不符合现行响应了。此外还要注意一点,磁化率可正可负。所谓正磁化率χ>0,就是说产生的内部磁场 M 方向与外加磁场 H 相同; 负磁化率χ<0, 就是材料内部由于 H 产生的额外磁场 M 和外场 H 方向相反。

进一步, χ>0但是数值不太大的,你命名他为顺磁介质,它顺从的跟着磁场方向嘛; χ>0数值比较大的,就是铁磁介质,由于其他机制(超过深度不加以介绍 ,外加的磁场产生了很大的内磁场,比用用电流制造永磁铁的过程; χ<0,就是 H 给材料产生的外

加磁场 M 与 H 方向相反, 所以就是反磁介质, 或叫抗磁介质; 如果是第一类超导体, 它所谓的完全抗磁性, 就是这个意思:外加场 H ,总有感生的内场 M ,把外场抵消,使得超导体内部磁场为零。物理上看,好像磁场穿不进来一样。

这样,总场 B 在某点的值,应该是该处的外场值 H ,与 H 的感生下产生的额外场M 在该点的值的和。写成 B(r=H(r+M(r, r 表示空间处注意这是对任何一点都成立;实际上,如果使用高斯单位制, 由于需要考虑了麦克斯韦方程电和磁的对称性, 以及球面的立体角, 正确的式子是B(r=H(r+4πM(r。如果要换成 SI 单位制,则是

B=μ0[H(r+M(r].

这个式子的正确解释是:总磁场等于外加磁场和感生的磁场(就叫它磁化的矢量和。既然 B 表示总场,已经考虑了感应产生的磁化 M ,就叫做 B 为磁感应强度; H 来

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