恒定磁场(恒定电流产生的磁场)
当产生磁场的电流恒定时,它所产生的磁场也不随时间变化,这种磁场称为恒定磁场。
恒定磁场
stationary magnetic field
磁场
磁场强度和方向保持不变
安培实验定律
磁通密度
发电机制造
恒定电流
磁感应强度
héng dìng cí chǎng
基本特性
恒定电流产生的磁称为恒定磁场,或称为静磁场。用来描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量。研究恒定磁场必须确定其磁感应强度矢量、散度、旋度。
由恒定磁场的基本实验定律——安培实验定律来推导出一系列的磁场物理量和相关的结论。
恒定磁场
恒定电流周围空间中存在的一种特殊形态的物质。磁场的基本特征是对置于其中的电流有力的作用。永久磁铁的磁场也是恒定磁场。按照A.-M.安培给定的概念,这种磁场可以看作是由分子尺度上的等效电流所引起的。
磁场性质
磁场可以用磁力线描述。
若认为磁场是由电流产生的,按照毕奥-萨伐尔定律,磁力线都是闭合曲线,这一性质称为磁通连续性定理。其数学表示式为
恒定磁场
式中C为任一闭合面,即穿出任一闭合面的磁通代数和为零,回路上任一电流源Idl所在的点称为源点,其位置矢量用表示,需要计算磁感应强度B的点称为场点,其位置矢量用r表示。
恒定磁场
恒定磁场
上式的微分形式是
,式中为散度算符。这是磁场的基本性质之一,称为无散性。磁场中的介质
磁场对在其中的磁介质产生磁化作用,即在磁场的作用下介质中出现分子电流。
总的磁场由自由电流与分子电流共同产生。
永磁铁本身有自发的磁化,因而不需要外界自由电流也能产生磁场。
磁介质的磁化程度用磁化强度M表征。可定义磁场强度H为
后式称为磁介质的本构方程。式中μ为磁介质的磁导率。将μ写为、, 为真空磁导率,为磁介质的相对磁导率。磁感应强度
描述磁场强弱和方向的基本物理量。是矢量,常用符号B表示。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感强度(也叫磁感应强度)来表示,磁感强度大表示磁感强;磁感强度小,表示磁感弱。
这个物理量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。
电荷在电场中受到的电场力是一定的,方向与该点的电场方向相同或者相反。电流在磁场中某处所受的安培力,与电流在磁场中放置的方向有关,当电流方向与磁场方向平行时,电流受的安培力最小,等于零;当电流方向与磁场方向垂直时,电流受的安培力最大。
安培环路定律
恒定磁场
磁场强度H沿闭合回路的积分,等于穿过该回路所限定的面上的自由电流。这里回路的方向与电流的正向按右螺旋规则选定。这一性质表示为这就是安培环路定律。恒定磁场
其微分形式为式中J为自由电流密度。此式及上式表明,磁场属于有旋场。
磁矢位恒定磁场
对于有旋场,根据数学理论可以引入矢量位函数A来描述,称A为矢量磁位,它满足恒定磁场
但是,由上式并不能唯一地决定A,因此对恒定磁场还时常限定·恒定磁场
在均匀、各向同性、线性的磁介质中有根据磁场中的J和边界条件求出A和B以通过上式计算磁场。磁场能量根据M.法拉第与J.C.麦克斯韦的理论,磁场中储存有能量,能量密度为。
这个能量在磁场的建立及消失过程中将与其他能量形式发生转化或者以电磁辐射形式向外传播。