磁场的方向与磁力线

磁场的方向与磁力线

磁场的方向与磁力线

将小磁针放置在磁极或电流产生的磁场中的任意一点，我们会观察到小磁针因受到磁场力的作用，其两极静止时不再指向南北方向，而是指向另一个特定方向。在磁场中的不同位置，小磁针静止时所指的方向通常各不相同，这一现象表明磁场具有方向性。我们规定，在磁场中的任一点，小磁针北极受力的方向，亦即小磁针静止时北极所指的方向，就是该点的磁场方向。

正如在电场中可以利用电力线来形象地描述各点的电场方向一样，在磁场中也可以利用磁力线来形象地描述各点的磁场方向。所谓磁力线，是在磁场中画出的一些有方向的曲线，在这些曲线上，每一点的切线方向都与该点的磁场方向一致（图 1-4）。

实验展示：铁屑显示磁力线

实验上常用铁屑在磁场中被磁化的性质，来显示磁力线的形状。具体操作是在磁场中放置一块玻璃板，在玻璃板上均匀地撒一层细铁屑。由于细铁屑在磁场里被磁化成“小磁针”，轻敲玻璃板使铁屑能在磁场作用下转动，铁屑静止时会呈现出有规则的排列，从而显示出磁力线的形状。

不同磁场的磁力线分布

条形磁铁磁场

图 1-5 显示了条形磁铁的磁力线分布情况。磁铁外部的磁力线是从磁铁的北极出来，进入磁铁的南极。

甲：条形磁铁磁场的磁力线分布；乙：蹄形磁铁磁场的磁力线分布

直线电流磁场

图 1-6 展示了直线电流的磁场。直线电流磁场的磁力线是一些以导线上各点为圆心的同心圆，这些同心圆都在与导线垂直的平面上。实验表明，改变电流的方向，各点的磁场方向都会随之改变，即磁力线的方向也会随之改变。直线电流的方向与其磁力线方向之间的关系可以用安培定则（也叫右手螺旋定则）来判定：用右手握住导线，让伸直的大拇指所指的方向与电流的方向一致，弯曲的四指所指的方向就是磁力线的环绕方向。

甲：直线电流磁场的磁力线分布；乙：安培定则图示

环形电流磁场

图 1-7 是环形电流的磁场。环形电流磁场的磁力线是一些围绕环形导线的闭合曲线。在环形导线的中心轴线上，磁力线与环形导线的平面垂直。环形电流的方向与其磁力线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：让右手弯曲的四指与环形电流的方向一致，伸直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁力线的方向。

甲：环形电流磁场的磁力线分布；乙：安培定则图示

通电螺线管磁场

图 1-8 是通电螺线管的磁场。螺线管通电后表现出的磁性很像一根条形磁铁，一端相当于北极，另一端相当于南极。改变电流的方向，它的南北极就会对调。通电螺线管外部的磁力线与条形磁铁外部的磁力线相似，也是从北极出来，进入南极的。通电螺线管内部具有磁场，内部的磁力线与螺线管的轴线平行，方向由南极指向北极，并与外部的磁力线连接形成一些闭合曲线。通电螺线管的电流方向与其磁力线方向之间的关系也可以用安培定则来判定：用右手握住螺线管，让弯曲的四指所指的方向与电流的方向一致，大拇指所指的方向就是螺线管内部磁力线的方向，也就是说，大拇指指向通电螺线管的北极。

图 1-8 通电螺线管的磁场