磁场的基本概念与磁感应强度

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@小白创作中心

磁场的基本概念与磁感应强度

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https://enjoyphysics.cn/Article3359

磁场不仅有方向性，而且有强弱的不同。本文将从磁场对电流的作用出发，详细介绍磁感应强度的定义、计算公式及其单位，并通过磁力线的疏密程度来形象地描述磁感应强度的大小，最后介绍匀强磁场的概念及其在实际应用中的重要性。

磁场不仅有方向性，而且有强弱的不同，巨大的电磁铁能够吸起成吨的钢铁，小的磁铁只能吸起小铁钉，我们怎样来表示磁场的强弱呢？

电场的基本特性是对其中的电荷有电场力的作用，研究电场强弱的时候，我们从分析电荷在电场中的受力情况着手，得出电场强度这个物理量来表示电场的强弱，磁场的基本特性是对其中的电流有磁场力的作用，研究磁场的强弱，我们可以从分析电流在磁场中的受力情况着手，找出表示磁场的强弱的物理量，为此，我们需要把一小段通电导线放在磁场中的某处，来研究它的受力情况。

把一小段通电导线放在磁场中的某处，我们发现，当导线方向跟该处的磁场方向一致时，通电导线所受的力最小，等于零。当导线方向跟该处的磁场方向垂直时，所受的力最大，当导线方向跟磁场方向斜交时，所受的力介于零和最大值之间。下面，为了确定起见，我们总是把一小段通电导线垂直放入磁场，也就是放在与该处磁场方向垂直的方向上。

垂直放入磁场的通电导线所受的磁场力不仅跟其中的电流强度有关，而且跟导线的长短有关。如图 1–2 那样，把一段通电导线垂直地放入磁场中，实验指出：导线长度一定时，电流强度 I 越大，导线受到的磁场力 F 也越大；电流强度一定时，导线 l 越长，导线受到的磁场力 F 也越大。精确的实验表明：通电导线受到的磁场力 F 跟通过的电流强度 I 和导线的长度 l 成正比，或者说，F 跟乘积 Il 成正比，这就是说，把通电导线垂直放入磁场中的某处，无论怎样改变电流强度 I 和导线长度 l，乘积 Il 增大多少倍，F 也增大多少倍，比值 F/Il 跟乘积 Il 无关，是一个恒量，在磁场中不同的地方，这个比值可以是不同的值，这个比值越大的地方，表示一定长度的通电导线受到的磁场力越大，即那里的磁场越强，因此我们可以用这个比值来表示磁场的强弱。

在磁场中垂直于磁场方向的通电导线，所受的磁场力 F 跟电流强度 I 和导线长度 l 的乘积 Il 的比值叫做通电导线所在处的 磁感应强度 [1]。如果用 B 表示磁感应强度，那么，

$$B=\frac{F}{Il}$$

磁感应强度是一个矢量，它的大小如上式所示，它的方向就是该点的磁场方向。

磁感应强度 B 的单位由 F、I 和 l 的单位决定，在国际单位制中，磁感应强度的单位是 特斯拉 ，简称特，国际符号是 T。1 米长的导线，通过 1 安的电流，受到的磁场力为 1 牛时，磁感应强度就是 1 特。

$$1\phantom{\rule{thickmathspace}{0ex}}特=1\phantom{\rule{thickmathspace}{0ex}}\frac{牛}{安\cdot 米}$$

一般永磁铁的磁极附近的磁感应强度大约是 0.4 ~ 0.7 特，在电机和变压器的铁心中，磁感应强度可达 0.8 ~ 1.4 特，通过超导材料的强电流的磁感应强度可高达 1 000 特，而地面附近地磁场的磁感应强度大约只有 0.5×10−4 特。

正象用电力线的疏密程度可以形象地表示电场强度的大小一样，用磁力线的硫密程度也可以形象地表示磁感应强度的大小，在磁感应强度大的地方磁力线密一些，在磁感应强度小的地方磁力线稀一些。

如果在磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向都相同，这个区域就叫做 匀强磁场 ，匀强磁场的磁力线，方向相同，疏密程度也一样，是一些分布均匀的平行直线。

匀强磁场是最简单但又是很重要的磁场，在电磁仪器和科学实验中常常要用到它，通电长螺线管内部的磁场，距离相当近的两个平行的异名磁极间的磁场，都是匀强磁场（图 1–16）。