1、磁感應(yīng)強(qiáng)度
磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來描述磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量,用B表示,磁場(chǎng)中某點(diǎn)的B的方向是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,B的大小表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。
在SI單位制(國(guó)際單位制)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是[伏特·秒/米2],而[伏特]·[秒]稱為韋伯,所以磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位稱為[韋伯/米2]或[特斯拉],簡(jiǎn)稱[特],在CGSM單位制中,磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是[高斯]。單位用符號(hào)表示:V為[伏特],s為[秒],m為[米],Wb為[韋伯],T為[特],Gs為[高斯],mT為[毫特]。
1T=1Wb/m2=104Gs=103mT
2、磁力線、磁通與磁通連續(xù)定理
我們用磁力線來形象地描繪磁場(chǎng),電流產(chǎn)生的各種不同磁場(chǎng)的磁力線如圖1所示,磁力線是環(huán)繞電流的無頭無尾的閉合線,電流方向與磁力線回車方向符合右手定則。
我們規(guī)定,磁力線任何一點(diǎn)的切線方向是該點(diǎn)磁場(chǎng)(也就是B)的方向,通過垂直于B矢量的單位面積的磁力線數(shù)等于該點(diǎn)B矢量的大小。也就是說,磁場(chǎng)強(qiáng)的地方,磁力線較密,磁場(chǎng)弱的地方,磁力線較疏。
通過某一曲面的總磁力線數(shù),稱為通過該曲面的磁通,用Φ表示。磁通的計(jì)算如圖2所示,在曲面上取面積元,其法線方向與該點(diǎn)的B的方向之間成θ角,通過該面積的元的磁通為:dφ=B×cosθ×ds , 所以通過曲面的S的總磁通為φ=∮B×cosθ×ds 。
當(dāng)B均勻,S是平面并與B垂直時(shí),通過S平面的磁通為:φ=B×S 這是磁測(cè)量中經(jīng)常用到的關(guān)系。
磁通連續(xù)定理:當(dāng)S面是一個(gè)閉合面,由于磁力線是閉合線,那么穿進(jìn)閉合面的磁力線必從閉合面的其它部分穿出,所以通過任一閉合面的總磁通量必等于零。即:
φ=∮Bcosθds=0
磁通的單位在SI單位制中是[韋伯],在CGSM單位制中是[麥克斯韋],簡(jiǎn)稱[麥]符號(hào)用Mx表示。1Wb=108Mx
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3、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率和安培環(huán)路定律
磁場(chǎng)強(qiáng)度是為了便于分析磁場(chǎng)和電流之間的關(guān)系而引入的一個(gè)物理量,它也是一個(gè)矢量,用H表示,它與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系是: H=B/μ , 其中:μ是磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率,由磁介質(zhì)的性質(zhì)決定。在SI單位制中,真空的磁導(dǎo)率為:μ0=4π×10-7亨利/米 ,H的單位是[安培/米],在CGSM單位制中,真空的磁導(dǎo)率為1,H的單位是[奧斯特],簡(jiǎn)稱[奧]。單位用符號(hào)表示:A為[安培],Oe為[奧],H為[亨利]。
1A/m=4π×10-3 Oe
安培環(huán)路定律:在磁場(chǎng)中,H矢量沿任意閉合曲線的線積分等于包圍在這閉合曲線內(nèi)各電流的代數(shù)和。即:∮H×cosα×dl=∑I ,式中:α為曲線的切線方向與該點(diǎn)磁場(chǎng)方向的夾角。利用安培環(huán)路定律,我們可以較方便地計(jì)算出具有某種空間對(duì)稱性的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。例如計(jì)算一個(gè)均勻密繞的環(huán)形螺線管內(nèi)部P點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度,如圖4所示。取過P點(diǎn),半徑為r的同心圓,作為閉合的積分曲線。由于對(duì)稱關(guān)系,在同心圓周上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等,磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向沿著同心圓的切線方向,即α=0,這樣:∮H×cosα×dl=H*2πr=NI
于是P點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度:H=NI/(2πr),式中:N為繞線匝數(shù)。從這個(gè)關(guān)系可以看到:磁場(chǎng)強(qiáng)度僅決定于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流的分布,而與磁介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。
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4、電磁感應(yīng)定律
電磁感應(yīng)定律說明了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通變化之間的關(guān)系。定律指出:不論任何原因使通過某一回路的磁通Φ發(fā)生變化時(shí),回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為: e = -dΦ /dt ;如果回路由N匝線圈組成,那么在磁通變化時(shí),每匝都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),總的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于各匝的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和。當(dāng)每匝通過的磁通相同時(shí),則有:
e = N×dΦ/dt
電磁感應(yīng)定律是磁測(cè)量中應(yīng)用*普遍的定律之一。當(dāng)式 e = N×dΦ/dt 中的磁通按正弦規(guī)律作周期性變化時(shí),可以推導(dǎo)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值與磁通的最大值的關(guān)系為:
U = 4.44×f×N×Φm
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