磁場強度原來不是磁感應強度,磁場的高斯定理又是啥?

很多人可能認為磁場強度和磁感應強度都是一回事,指的都是同一個物理量,但事實並不是這樣。那麼什麼是磁場強度,什麼是磁感應強度,磁場的高斯定理又是什麼?今天就帶大家來一起了解一下!

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磁場強度

在以前,科學家還不知道電和磁的一個聯繫,於是在研究兩者的時候就把它們分開研究,彼此作為一個獨立的對象。我們知道,電荷有正電荷和負電荷之分;同樣,以前的人們也這樣認為,磁性的物質也有正磁極和負磁極,跟電荷類似。

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真空中的點電荷,我們時怎樣來定義電場的大小呢?首先我們給定一個試探電荷,放在有電場的空間中,根據電場的性質,它會對試探電荷產生力的作用,那麼我們才收到的力F與試探電荷的電量比值為電場強度E。表達式為

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同樣磁場也是一樣,給定一個正極磁子,通過受力F與磁荷qm的比值作為磁場強度H的大小。

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磁感應強度

1819年,奧斯特發現,通電導體周圍存在磁場。

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奧斯特

1820年安培發現通電導體在磁場中也會受力。這樣必然會引起我們對電和磁之間的一個聯繫。但是人們發現,無論一塊磁鐵分割成多小,總會有南極和北極,因此我們不能用原來的正磁極子來定義磁感應強度的大小。但是運動電荷在磁場中會受到洛倫茲力的作用,因此利用我們定義磁感應強度的大小B。

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運用比值定義法,這樣就可以說明磁感應強度B是與試探電荷和速度無關的物理量,可以很好的反映空間中某點的磁場強弱。

後來磁場強度和磁感應強度的區別

當人們發現磁感應強度與電有著密切聯繫以後,磁場強度H就成了一個輔助量。磁感應強度描述的是在無介質時的磁場的強弱。

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當一個介質在有磁場的空間時,那麼介質中的物質受到磁場的影響,改變原來的一個磁場分佈情況,或者會產生附加磁場。此時的磁性強弱就不能用磁感應強度描述,而是用磁場強度描述。磁場強度和磁感應強度的關係為

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具體的推導過程複雜,涉及知識量較多,這裡省略!雖然它是一個輔助量,但是作用及其重大!

磁場的高斯定理

通電導體周圍有磁場,並且磁場的方向滿足右手螺旋定則。

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由於磁場和電場不同,電場線起源於正電荷,結束於負電荷。但磁場線是閉合的曲線,因此我們給定一個面,對磁感應強度B乘於面積S作為磁通量φ。對於不均勻磁場和曲面時,我們利用微分的形式,並且寫成矢量標積的形式

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有限面的磁通量可以通過積分得到

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對於閉合曲面來說,積分一週答案為多少呢?結果為!對於閉合曲面來說,規定由裡向外為正方向。這樣磁感應線從閉合面穿出處磁通量為正,傳入的磁通量為負。又因為磁感應線是閉合線,那麼必定有一半為正,一半為負。(具體看上一期內容)因此積分結果為零表達式為

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這就是

磁場的高斯定理。它描述了再磁場中穿過閉合曲面的磁通量為零的結論!

今天的分享就到這裡,下期接著聊麥克斯韋方程組之三——法拉第電磁感應定律!


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