磁场强度H和磁感应强度B的区别
设想你暂时只知道磁场是由磁铁产生,也知道牛顿力学,但尚不知道怎么物理上定义“磁场”。
有一天,你用电流做实验。你惊讶的发现:通了电的导线能使它附近的小磁针扭转,从而得出了“电流也产生磁场”的结论。
进一步,你通过力学(如平行电流线,扭转力矩等)的测量,你发现1。长直导线外,到导线距离相等的点,磁针感受到的“磁场”强度相同2。距离不同的点, “磁场”强度随着距离成反比。这样,你便想要通过力学测量和电流强度定义一个物理量H,2*pi*r*H=I。 对形状稍稍推广,你就得到了安培环路定理的 一般积分形式。
注意这时候不需要用到真空磁导率μ0,因为你只要知道电流I就足以定义H这个物理量,没有...全部
设想你暂时只知道磁场是由磁铁产生,也知道牛顿力学,但尚不知道怎么物理上定义“磁场”。
有一天,你用电流做实验。你惊讶的发现:通了电的导线能使它附近的小磁针扭转,从而得出了“电流也产生磁场”的结论。
进一步,你通过力学(如平行电流线,扭转力矩等)的测量,你发现1。长直导线外,到导线距离相等的点,磁针感受到的“磁场”强度相同2。距离不同的点, “磁场”强度随着距离成反比。这样,你便想要通过力学测量和电流强度定义一个物理量H,2*pi*r*H=I。
对形状稍稍推广,你就得到了安培环路定理的 一般积分形式。
注意这时候不需要用到真空磁导率μ0,因为你只要知道电流I就足以定义H这个物理量,没有理由知道μ0这回事儿。
现在,你有了H,有了“电流能够产生磁场”这个概念,有了安培环路定理。
你心满意足,转移了研究兴趣,开始研究带电粒子的受力。
对于一定速度的粒子,加上刚才的磁场,通过几何轨道,牛顿力学,你可以测出粒子受的力。你发现受的力和电荷数q以及速度成正比,也和H成正比,但是力F并不直接等于qvH,而是还差一个因子:F=A*q*vⅹH,A只是个待定因子,暂未赋予物理意义。
这个公式多了个外加因子,不好看。现在你开始考虑构建“磁导率”这个概念,因为H只是电流外加给的磁场,你希望通过粒子受力,直接定义一个粒子感受到的磁 场——叫它B,使得F= qvⅹB成立。现在你理解的磁导率,就是一个粒子对外界磁场的受力响应程度:磁导率大,那么同样大的外加磁场H使得粒子受力的响应(如偏转)也越大;磁导 率如果为零,那么多大的磁场也不会使得粒子有偏转等力学反应,磁导率如果近乎无限大,你只要加一丁点外磁场H,粒子就已经偏转的不亦乐乎了。
你开始管这个磁导率叫μ,并且定义μ=B/H。其中H是(通过电流)外来的,B是使得粒子偏转的响应。这样,磁导率=粒子的响应/外加的场。这个式子有着 深刻背景,正是理论物理里线性响应理论的雏形。
此外,你发现,粒子处于真空中的时候,这个μ是一个与任何你能想到的物理量都无关的常数,这正是真空磁导 率。
目前你已经很有成就了:你通过得到了一个外磁场H,并在真空环境下,把这个磁场作用于带q电荷的粒子,你测量粒子受力F= qvⅹB,并且把测量力F和速度v得到的B值与测量电流I得到的H值相除,你便得到了真空磁导率。
现在你已经知道了,H与B单位的不同,仅仅是由于你最开始研究力学用的单位,和开始研究电荷、电流的单位的不同,导致的一种单位换算。H从I得来,B从F 得来,所以看到的是“施H”与“受B”的关系。
(实际过程还要复杂些,因为先研究的是电场的情形,然后导出了磁场下的情况,所以你看到的μ0是个漂亮的严 格值,而真空介电常数作为另一种线性响应确是一个长长的实验数字)。
既然知道了B与H单位不同只是由于电流和牛顿力学导致的,现在你为了简化,将二者单位化为相同单位:B=H;这样你就得到了电磁学里更常用的高斯单位制。
如果需要换算,随时添加磁导率即可。
你开始进一步研究了。你已经研究了电流产生磁场的效应,以及单个粒子在磁场中的运动。那么,有着大量粒子的各种材料介质,从铁块,到石墨,到玻璃,它们对于磁场的相应是如何呢?
现在你通过电流I,把磁场H加到某种材料当中,你所要研究的粒子,不再活在真空,而在材料里活动,它可以是金属里本身自带的电子,也可以是通过外界射束打 入的。
这都无妨,只需记住现在你要研究的粒子不再在真空,而在介质里。一个粒子受到的力学上的响应,当然是与这个点的总磁场有关。收起