磁场强度原来不是磁感应强度,磁场的高斯定理又是啥?

很多人可能认为磁场强度和磁感应强度都是一回事,指的都是同一个物理量,但事实并不是这样。那么什么是磁场强度,什么是磁感应强度,磁场的高斯定理又是什么?今天就带大家来一起了解一下!

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磁场强度

在以前,科学家还不知道电和磁的一个联系,于是在研究两者的时候就把它们分开研究,彼此作为一个独立的对象。我们知道,电荷有正电荷和负电荷之分;同样,以前的人们也这样认为,磁性的物质也有正磁极和负磁极,跟电荷类似。

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真空中的点电荷,我们时怎样来定义电场的大小呢?首先我们给定一个试探电荷,放在有电场的空间中,根据电场的性质,它会对试探电荷产生力的作用,那么我们才收到的力F与试探电荷的电量比值为电场强度E。表达式为

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同样磁场也是一样,给定一个正极磁子,通过受力F与磁荷qm的比值作为磁场强度H的大小。

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磁感应强度

1819年,奥斯特发现,通电导体周围存在磁场。

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奥斯特

1820年安培发现通电导体在磁场中也会受力。这样必然会引起我们对电和磁之间的一个联系。但是人们发现,无论一块磁铁分割成多小,总会有南极和北极,因此我们不能用原来的正磁极子来定义磁感应强度的大小。但是运动电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用,因此利用我们定义磁感应强度的大小B。

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运用比值定义法,这样就可以说明磁感应强度B是与试探电荷和速度无关的物理量,可以很好的反映空间中某点的磁场强弱。

后来磁场强度和磁感应强度的区别

当人们发现磁感应强度与电有着密切联系以后,磁场强度H就成了一个辅助量。磁感应强度描述的是在无介质时的磁场的强弱。

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当一个介质在有磁场的空间时,那么介质中的物质受到磁场的影响,改变原来的一个磁场分布情况,或者会产生附加磁场。此时的磁性强弱就不能用磁感应强度描述,而是用磁场强度描述。磁场强度和磁感应强度的关系为

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具体的推导过程复杂,涉及知识量较多,这里省略!虽然它是一个辅助量,但是作用及其重大!

磁场的高斯定理

通电导体周围有磁场,并且磁场的方向满足右手螺旋定则。

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由于磁场和电场不同,电场线起源于正电荷,结束于负电荷。但磁场线是闭合的曲线,因此我们给定一个面,对磁感应强度B乘于面积S作为磁通量φ。对于不均匀磁场和曲面时,我们利用微分的形式,并且写成矢量标积的形式

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有限面的磁通量可以通过积分得到

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对于闭合曲面来说,积分一周答案为多少呢?结果为!对于闭合曲面来说,规定由里向外为正方向。这样磁感应线从闭合面穿出处磁通量为正,传入的磁通量为负。又因为磁感应线是闭合线,那么必定有一半为正,一半为负。(具体看上一期内容)因此积分结果为零表达式为

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这就是

磁场的高斯定理。它描述了再磁场中穿过闭合曲面的磁通量为零的结论!

今天的分享就到这里,下期接着聊麦克斯韦方程组之三——法拉第电磁感应定律!


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