Question

磁化强度与磁感应强度

Answer 1

（一）磁化强度

将原来不显磁性的物体放入磁场中，由于磁场的作用，该物体即表现出磁性，这种现 象称为磁化。使物体磁化的磁场称磁化场，被磁化的物体称为磁化体。物体磁化后，它本 身也将产生一个附加场。从而使原有的磁场发生变化。原则上讲，一切物质都可以被磁 化，但它们被磁化的程度却有很大的差异。

磁棒具有N，S两极，在两极表面上分别汇集了±Q_m的磁荷。物体磁化愈强，磁极的磁荷面密度就愈大，表示物体磁化强弱的物理量，称为物体的磁化强度，用符号M 表示：

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式中：V为磁化体的体积；m为平面电流环所定义的磁矩，即

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其中：I为电流；S为电流环所包围的面积。它与磁棒的磁矩有如下关系：

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此时式（3-3）可写为 ,其单位为A/m。

M的方向与m方向相同。磁矩m是磁化物体很重要的参数，它可以直接被测出，它的SI单位是A·m²。

下面讨论物体被均匀磁化后，磁荷面密度与磁化强度的 关系。

在磁化体表面取一个小圆面积dS，以磁化强度M的方向为 轴线作一个小圆柱体，如图3-3所示。设柱体长为l，倾角为 α，两端面间的垂直距离为d，端面外法线n与M的夹角为θ。则由式（3-5）可求出小圆柱体的磁矩：

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另一方面，若以σ_m表示磁体表面单位面积的磁荷，即磁荷 面密度，则dS面上的总磁量为σ_mdS，所以有

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比较以上两式，可得

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图3-3 磁荷面密度σ_m 与磁化强度M的关系

式（3-6）适合于θ为任意角度的情况。它表明磁体表面的磁荷面密度σ_m等于磁化强度在该面外法线方向的投影值M_n乘上真空磁导率μ₀。不难看出，当θ＝0时，即端面外法 线n的方向与M方向一致时，σ_m＝μ₀M。图3-3中，顺轴磁柱体的上端面分布负磁荷，下端面分布正磁荷，侧面不分布磁荷。

能够被磁化的物体当受到外磁场H的作用时，其本身就获得一定程度的磁化。当去掉外加磁场时，磁化就消失。这种磁化被认为是由外加磁场感应产生的，称为感应磁化强 度M_i。

然而有些物质（如铁、钴、镍）和许多岩石（特别是玄武岩）即使不加外磁场也显示出强磁性。这种现象被认为是由它们的永久或剩余磁化强度M_r引起的。

所以物质内部的磁化强度应为感应磁化强度和剩余磁化强度两者之和。只不过在不同物质内，两者的比例成分不同。

这里只讨论感应磁化强度M_i和外加磁场H平行并成比例的这些物质。当这些物质的 体积较大时，它们之间满足

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式中：κ是表示物质被磁化难易程度的比例系数，称为磁化率。在SI单位制中，κ是量纲为1的量，因为M_i和H都是用同样的单位（A/m）来度量的。

（二）磁感应强度

磁化场H在真空（或空气）地区产生的磁感应强度B＝μ₀H，当把一个能被磁化的物体带进这个地区，Mi在物体所占的区域内又建立一个附加的磁感应强度，因此，物体内 的总磁感应强度为

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式中：μ＝（1＋κ）μ₀，1＋κ＝μR，μ称为绝对磁导率，μR称为相对磁导率；磁感应强度B的单位在CGSM制中为高斯（Gs），在SI制中为特斯拉（T）。在磁法勘探中，在SI制中 B常用更小的单位纳特（nT）来表示，在CGSM制中，B以奥斯特（Oe）为单位，其常 用更小单位为伽马（γ），它们之间的关系是

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在真空中，μ＝μ₀，B＝μ₀H；在空气和沉积岩中，μ≈μ₀，B≈μ₀H。在磁法勘探中，由于地磁场的存在，磁力仪测定的参数是磁感应强度，因此在磁性体参数计算以及磁异常 正、反问题讨论中，所提到的“场”及磁异常的概念，均指磁感应强度，单位采用特斯拉（T），实用单位为纳特（nT）。