和電場類似,磁場對其場中的運動試探電荷、載流導體或永久磁鐵有磁場力的作用,利用比值定義法,引入磁感應強度B作為定量描述磁場中各點特性的基本物理量。
一、磁感應強度的定義
第一種定義:根據電流元Idl在磁場中所受安培力df=Idl×B來定義B,即I和B垂直時,B=F/IL。備注,電流在磁場中某處所受的磁場力(安培力),與電流在磁場中放置的方向有關,當電流方向與磁場方向平行時,電流受的安培力最小,等于零;當電流方向與磁場方向垂直時,電流受的安培力最大。當成某個角度時,進行矢量分解即可。
第二種定義:點電荷q以速度v在磁場中運動時受到力f 的作用。在磁場給定的條件下,f的大小與電荷運動的方向有關 。當v 沿某個特殊方向或與之反向時,受力為零;當v與這個特殊方向垂直時受力最大,為Fm。Fm與|q|及v成正比,比值與運動電荷無關,B= F/qV。B的方向定義為:由正電荷所受最大力Fm的方向轉向電荷運動方向 v 時 ,右手螺旋前進的方向 。
第三種定義:高中階段不要求。利用力矩定義。
不管哪種定義,都是等價的。這裡大家要注意的是它是矢量和電場強度一樣可以矢量合成運算,也算是一個小的考點吧。
二、磁感應強度的單位
磁感應強度的單位是特斯拉,簡稱特(T)。B在數值上等于垂直于磁場方向長1 m,電流為1 A的直導線所受磁場力的大小。B= F/IL ,(由F=BIL而來)。
三、磁感應強度的方向
磁場方向即磁感應強度的方向,判定方法是放入檢驗小磁針北極所受磁場力的方向,也是小磁針穩定平衡時的方向。
四、安培力的方向
通電導體受安培力方向可用左手定則:讓磁感線垂直穿過左手手心,四指指向電流方向,并使拇指與四指垂直,拇指所指方向即通電導體所受磁場力(安培力)方向。
五、磁感應強度的計算方法
B=F/IL=F/qv=Φ/S
F:洛倫茲力或者安培力;q:電荷量;v:速度;Φ(=ΔBS或BΔS,B為磁感應強度,S為面積,所以磁感應強度也可以稱為磁通量密度):磁通量;S:面積;L:磁場中導體的長度。
特殊情況:無限長載流直導線外某點的磁感應強度B=kI/r,其中, k為常數,r為該點到直導線距離。
圓電流圓心處:
六、幾點說明
磁場中某點的磁感應強度B是客觀存在的,與是否放置通電導線無關。
安培力垂直與磁感應強度和電流共同确定的平面。
同向的電流相互吸引,反向的電流相互排斥。
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