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【知识点】特斯拉的磁感应强度与运动电荷的区别

更新时间:2023-02-06 17:43:33作者:佚名

磁通量密度又称为磁感应强度,简称磁通密度,用于表示垂直穿过单位面积的磁力线的多少,即磁力线的疏密程度。磁通量密度常用符号B表示,国际通用单位为特斯拉(符号为T)。磁通量密度越大表示磁感应越强。

磁通量密度之所以叫做磁感应强度,而没有叫做磁场强度,是由于历史上磁场强度一词已用来表示另外一个物理量了,区别:磁感应强度反映的是相互作用力,是两个参考点A与B之间的应力关系,而磁场强度是主体单方的量,不管B方有没有参与,这个量是不变的。

磁通量密度的表达式

与电场强度E由单位点电荷受电场力定义相类似,磁通量密度也可以根据运动电荷在B中所受到的磁场力来定义。实验发现,一个电荷q以速度v在磁通量密度矢量场后中运动时会受到磁场力F。其数学语言可表达为(式1):

Fm = qv x B

其中,Fm、v、B均为向量,磁通量密度B的单位是特斯拉(T)或者是韦伯每平方米(Wb/m2)。从式1可以看出:B的大小等于1C电荷以1 m/s的速度在垂直于磁场方向上运动时所受到的力,其方向由电荷所受磁场力和运动方向共同确定。

如果一个电荷q以速度i在同时存在电场E和磁通量密度矢量场B的空间中运动时,所受到总的力为(式2):

F = qE + qv x B

式2就是洛伦兹力方程( force ),式中F、E、v、B均为向量。

磁通量是矢量吗

需要指出的是,电荷受到的电场力为F,的作用,该电荷可以是运动或静止的,但磁场力F。只对运动电荷起作用。因为Fm总是垂直于电荷的运动方向的(v的方向),因此不消耗磁场能量,在B中所储存的磁场能不会转换成电荷的动能,因为磁场不能够改变电荷的运动速度的大小,只能够改变电荷运动的方向。

在自由空间中,电通量密度D和电场强度E由本构关系D=ε0E联系,同样在自由空间中磁通量密度B(也称磁感应强度)和磁场强度H也有本构关系(式3): ,式中B、H均为向

磁通量密度单位

感应强度的国际单位是特斯拉(T)或者韦伯每平方米 (Wb/m^2)。

磁感应强度还有一个过时的单位:高斯,其符号为Gs:1 T = 10000 Gs。这个符号在技术设施中还广泛使用。通常条形磁铁两极附近的磁感应强度大约是几十到几百高斯。在处理与磁性有关问题时,除了要用到磁感应强度外,常常还要讨论穿过某一面积的磁力线数目,称做磁通量,简称磁通,用 Φ 示。磁通量的单位是韦伯,用Wb表示,以前还有麦克斯韦有Mx表示。如果磁场中某处的磁感应强度为B,在该处有一块与磁通垂直的面磁通量是矢量吗,它的面积为S,则穿过它的磁通量就是:

Φ = BS

式中磁通量的单位是麦克斯韦(Mx)。

磁感应强度B的单位是高斯(Gs);面积S的单位是平方厘米;或者:

磁感应强度B的单位是特斯拉(T);面积S的单位是平方米。

磁通量是矢量吗

剩余磁通量密度

励磁被撤销后磁芯所保持的被磁化磁通,和剩余磁通密度是两个概率。若磁芯没有饱和,当磁场强度降为零时的磁感应强度B为剩余磁通。

当磁场强度H足够大,使铁芯饱和后,磁场强度H单调下降,磁感应强度也减小,磁场强度H降为零时的磁感应强度B,称为剩磁,一般用符号Br表示。若铁芯没有饱和,磁场强度H降低至零时,对应的磁感应强度B就称为剩余磁通密度。

可以发现:

1、剩磁是剩余磁通密度的一种特例。

2、剩磁由铁芯的特性决定,固定的铁芯,特定条件下磁通量是矢量吗,只有一个剩磁,具有单值性,而剩余磁通密度可以有无数个,不能体现铁芯的特性。

表面磁通密度和剩余磁通密度的关系

磁性能的测量对磁体生产厂家和使用客户来说,都是一个很重要的问题。磁体的精确测量,应使用测试仪;但在对大量产品的测试中,人们更多的使用的是测试磁体的表场,但表场究竟是一个什么概念?与静态测试有何联系?如何正确评价表场值?值得探讨。对于磁体表场的理论计算,据电磁理论

方块类磁体表场计算长度为L、宽度为W、高度为T、x是测试点离磁体表面的距离。

表场计算的理论公式描述了磁体表场随参量的变化规律,但与实际测量值有一定的差别,故实际我们在计算时可在其理论值计算的基础上加一修正系数:一般我们取为0.8-0.9,或采用一些更与实际相接近的经验公式。

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