磁场强度是描述磁场特性的物理量,其定义和单位如下:
一、基本定义
磁感应强度(B) 采用安培环路定律定义,公式为:
$$B = \frac{F}{IL}$$
其中,$F$ 是电流元在磁场中受到的力,$I$ 是电流强度,$L$ 是电流元在磁场方向上的有效长度。单位为特斯拉(T)。
磁场强度(H,旧称磁荷强度)
在磁荷理论中定义,公式为:
$$H = \frac{F}{q}$$
其中,$F$ 是试探电荷在磁场中受到的力,$q$ 是试探电荷的电量。单位为安培每米(A/m)。
二、单位体系
国际单位制(SI)
- 特斯拉(T): 基本单位,1 T = 1000 mT。 - 高斯(Gs)
其他单位 - 奥斯特(Oe):
1 T = 10^3 Oe。
三、历史背景与演变
磁荷理论:最早由磁荷观点提出,定义磁场强度为正磁荷所受力。
分子电流假说:安培提出分子电流假说后,磁场强度多用磁感应强度(B)表示。
四、与磁感应强度的关系
含介质时的关系:
$$B = \mu_0 (H + M)$$
其中,$\mu_0$ 是真空磁导率($4\pi \times 10^{-7} \, \text{T·m/A}$),$M$ 是磁化强度。
五、应用领域
电磁学:研究磁场对电流、电荷的作用。
工程领域:电机、传感器、磁存储等设备的设计与分析。
总结
磁场强度是描述磁场强弱的物理量,其核心定义与电荷的库仑定律类比。根据应用场景和理论基础,可用磁感应强度(B)或磁场强度(H)表示,两者在含介质时存在关系。