Question

磁场的基本物理量有哪些？它们各自的物理意义及相互关系怎样？

Answer 1

1．磁体与磁感线

将一根磁铁放在另一根磁铁的附近，两根磁铁的磁极之间会产生互相作用的磁力，同名磁极互相排斥，异名磁极互相吸引。磁极之间相互作用的磁力，是通过磁极周围的磁场传递的。磁极在自己周围空间里产生的磁场，对处在它里面的磁极均产生磁场力的作用。

磁场可以用磁感线来表示，磁感线存在于磁极之间的空间中。在一般情况下，磁感线不能被阻挡或隔绝，它可以穿过任何物质，可以穿过磁铁及其周围空间形成闭合环路，磁感线的方向从北极出来，进入南极，磁感线在磁极处密集，并在该处产生最大磁场强度，离磁极越远，磁感线越疏。

2．磁场与磁场方向判定

磁铁在自己周围的空间产生磁场，通电导体在其周围的空间也产生磁场。

通电直导线产生的磁场磁感线（磁场）方向可用安培定则（也叫右手螺旋法则）来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

通电线圈产生的磁场磁感线是一些围绕线圈的闭合曲线，其方向也可用安培定则来判定：让右手弯曲的四指和线圈电流的方向一致，那么伸直的的拇指所指的方向就是线圈中心轴线上磁感线的方向。

3．1．2磁场中的基本物理量

1．磁感应强度B

    磁感应强度B是表征磁场中某点的磁场强弱和方向的物理量。可用磁感线的疏密程度来表示，磁感线的密集度称为磁通密度。在磁感线密的地方磁感应强度大，在磁感线疏的地方磁感应强度小。磁感应强度也可用通以单位电流的导线的电流方向与磁场垂直时，导线所受的磁场力的大小来表示。B是矢量，其方向与产生它的电流方向之间成右螺旋关系，其大小定义为

                                                        (3.1)

式中，B为磁感应强度，单位为特斯拉(T)，工程上常采用高斯(Gs)。1Gs =T。F为导线所受的力（N．m），l为导线的长度（m），I为导线中通过的电流(A)。

磁感应强度B可用专门的仪器来测量，如高斯计。

2．磁通量

    磁通可以用通过与磁感线相垂直的某一截面A的磁感线总数来表示。若磁场中各点的磁感应强度相等(大小与方向都相同)，则为匀强磁场。磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积A的乘积，称为通过该面积的磁通量Φ，即

                    

    磁通量Φ的单位为韦伯(Wb)，工程上有时用麦克斯韦(Mx)。1Wb＝Mx。

3．磁导率

实验进一步表明通电线圈产生的磁场强弱程度除了与电流大小及线圈匝数（磁通势）有关外，还与线圈中的介质（即线圈内所放入的物质）有关。如线圈内放入铜、铝、木材或空气等物质时，则线圈产生的磁场基本不变，如放入铁、镍、钴等物质时，线圈中的磁场在外磁场的作用下显著增强。

工程上用磁导率来表示各种不同材料导磁能力的强弱。磁导率单位为H/m(亨/米)。真空中的磁导率是一个常数，用表示，即

空气、木材、玻璃、铜、铝等物质的磁导率与真空的磁导率非常接近。其他任一媒质的磁导率与真空的磁导率的比值称为相对磁导率，用r表示，即

相对磁导率r无量纲，不同材料的相对磁导率r相差很大，如表3．1所示。由表中可见铸钢、硅钢片、铁氧磁体及坡莫合金等磁性材料的相对磁导率比非磁性材料要高倍，因而在电机、变压器、电器及电子技术领域中均被广泛采用。

   表3．1不同材料的相对磁导率

 

材料名称

   

r

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空气、材料、铜、铝、橡胶、塑料等

   

1

   

铸铁

   

200～400

   

铸钢

   

500～2200

   

硅钢片

   

6000～7000

   

铁氧磁体

   

几千

   

坡莫合金

   

约十万

   

5．磁场强度H

磁场中各点磁感应强度的大小与媒质的性质有关，因此使磁场的计算显得比较复杂。为了简化计算，便引入磁场强度H，一个与周围介质无关的物理量。在磁场中，各点磁场强度的大小只与电流的大小和导体的形状有关，而与媒质的性质无关。H的方向与B相同，在数值上

                                                   (3．4)

此式H的单位为安／米(A／m)。