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1.3 磁场和磁路

1.3.1 磁场与磁力线

(1)磁现象

凡具有吸引铁、镍、钴等物质的性质称为磁性。而具有磁性的物质叫磁体。

在磁体的两端各有一个磁性最强的区域,这个区域叫磁极。并且同一磁体的两个磁极有着不同的性质,即磁南极(S极)、磁北极(N极)。在磁极之间具有“同性相斥、异性相吸”的特性。

(2)磁场

磁体之间相互吸引或排斥的力称为磁力。

把磁体周围存在磁力作用的区域称为磁场。

(3)磁力线

为了直观、形象地描述磁场的方向和强弱而引出磁力线的概念,并规定在磁体的外部,磁力线由N极指向S极;在磁体内部,磁力线由S极指向N极,使磁力线在磁体内外形成一条条闭合的曲线。在曲线上任何一点的切线方向就表示该点的磁力线方向,也就是小磁针在磁力作用下静止时N极所指的方向。如图1-11所示。通常用磁力线方向来表示磁场方向。用磁力线的疏密程度表示磁场的强弱。磁力线越密,磁场越强。磁力线越疏,磁场越弱。

图1-11 磁力线

1.3.2  磁场的主要物理量

(1) 磁通

垂直穿过磁场中某一截面的磁力线条数,反映了磁场中这一截面上磁场的强弱。把垂直穿过磁场中某一截面的磁力线条数叫磁通或磁通量。用字母Φ表示,单位韦伯(Wb)。

(2)磁感应强度

单位面积上垂直穿过的磁力线条数,称为磁通密度,也叫磁感应强度,用字母B表示,,单位特斯拉(T)。

磁感应强度不仅有大小,而且有方向。磁感应强度的方向就是磁场的方向,也就是小磁针北极在该点的指向。

(3)磁导率

磁导率是一个用来表示物质磁性的物理量,也就是用来衡量物质导磁能力的物理量,用字母μ表示,单位亨利/米(H/m)。

真空的磁导率为:μ0=4π×10-7H/m。

任何一种物质的磁导率与真空的磁导率的比值,称为该物质的相对磁导率。用字母μr表示,没有单位。

(4)磁场强度

磁场中磁感应强度的大小不仅与产生磁场的电流有关,还与磁场中的介质有关,为了使计算简便,通常用磁场强度来表示磁场。用字母H表示,,单位安培/米(A/m)。

磁场强度的大小与磁场中的介质无关,方向和所在点的磁感应强度方向一致。

1.3.3 磁场对电流的作用

(1)磁场对电流的作用力

处在磁场中的通电导体会受到力的作用,这种作用称为电磁力。用字母F表示,如果导线长度为L,导线与磁场夹角为α,那么F=BILsinα。电磁力的方向由左手定则判定。

(2)左手定则

伸开左手,让拇指与其余四指垂直并在同一平面内,让磁力线穿过手心,四指指向电流方向,拇指所指方向就是通电导体所受到的电磁力的方向,如图1-12所示。

图1-12 左手定则

1.3.4 电流的磁场

在电流的周围存在着磁场,这种现象称为电流的磁效应。通电导体周围产生的磁场方向可以用安培定则来判断,螺旋管内部磁场的方向由右手螺旋定则判断。

(1)安培定则

用右手握住通电导体,让拇指指向电流方向,则弯曲四指的指向就是直导线周围的磁场方向,如图1-13所示。

图1-13 安培定则

图1-14 右手螺旋定则

(2)右手螺旋定则

用右手握住通电线圈,让弯曲四指指向线圈电流方向,则拇指所指方向就是线圈内部的磁场方向,如图1-14所示。

应该注意的是如果导线中流入的是直流电,那么导线周围的磁场方向是固定不变的,如果导线中流入的是交流电,则磁场大小和方向将随电流方向的变化而变化。