文档介绍：该【磁场强度与磁感应强度之间关系 】是由【江湖故人】上传分享，文档一共【2】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【磁场强度与磁感应强度之间关系 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。B和H的关系正名,虽然发在数学吧,但是是我在网上目前看到唯一没有根本错误的解释。
希望读者耐心看完。
设想你暂时只知道磁场是由磁铁发生,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“电流也发生磁场”的结论。
进一步,你通过力学(如平行电流线,扭转力矩等)的丈量,,到导线
距离相等的点,磁针感受到的“磁场”,“磁场”强度随着距离成反
比。这,你样便想要通过力学丈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“电流能够发生磁场”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其实不直接等于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,欠好看。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,而且定义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,磁导样率=粒子的响应/外加的场。这个式子有着深刻布景,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是一个富了,它代
表在该点处的总磁场。为什么说“总”磁场呢?考虑空间里的一点,没有资料的时候磁场值为
H。现在有了资料,这一点处于资料中,外加场H穿进资料后,资料受H影响发生了一些
附加场,在该点处的磁场不再是H了。受外界磁场影响使得资料里也有内部额外磁场的过
程,我们叫它“磁化”。我们希望一件事物更加具体,就说把它具体化,希望一个企业有规模,
就说把它规模化,同希望一样块资料里面有更多额外磁场,就说把它“磁化”。
2楼
我们管发生的额外磁场大小叫做M。与磁导率一,样为了研究这个额外的磁场M与外加场
H的关系,我们定义磁化率χ=M/,说明同样大的外磁场,能发生更多的内在额
外磁场;磁化率为很小,说即使外加磁场很大,里面的资料也“懒得理它”,只有微弱的响应。
这里要注意两点。这是你不难发现,磁化率也是线性响应的过程。所谓线性响应,好比我们
有五块钱,就能从售货机里买一罐可乐,我们有十块,根据线性响应,就能买两罐,15块
买三罐;如果买得多给打折,20块给五罐,那么输入(钱)和输出(可乐瓶数)就不符合
线性响应了。磁场情形也一,样太强的外加场H(输入),感生场M作为输出,就不符合现
行响应了。此外还要注意一点,磁化率可正可负。所谓正磁化率χ>0,就是说发生的内部磁
场M方向与外加磁场H相同;负磁化率χ<0,就是资料内部由于H发生的额外磁场M和外
场H方向相反。
进一步,χ>0但是数值不太大的,你命名他为顺磁介质,它顺从的跟着磁场方向嘛;χ>0数
值比较大的,就是铁磁介质,由于其他机制(超出深度不加以介绍),外加的磁场发生了很
大的内磁场,比用用电流制造永磁铁的过程;χ<0,就是H给资料发生的外加磁场M与H
方向相反,所以就是反磁介质,或叫抗磁介质;如果是第一类超导体,它所谓的完全抗磁性,
就是这个意思:外加场H,总有感生的内场M,把外场抵消,使得超导体内部磁场为零。
物理上看,好像磁场穿不进来一样。
这样,总场B在某点的值,应该是该处的外场值H,与H的感生下发生的额外场M在该点
的值的和。写成B(r)=H(r)+M(r),r暗示空间处注意这是对任何一点都成立;实际上,如果
使用高斯单位制,由于需要考虑了麦克斯韦方程电和磁的对称性,以及球面的立体角,正确
的式子是B(r)=H(r)+4πM(r)。如果要换成SI单位制,则是B=μ0[H(r)+M(r)].
这个式子的正确解释是:总磁场等于外加磁场和感生的磁场(就叫它磁化)的矢量和。
B暗示总场,已经考虑了感应发生的磁化M,就叫做B为磁感应强度;H来源于外场,就
叫它磁场强度;M是H磁化感生的,就叫它磁化强度。注意这个式子是普遍的。在线性响
应的额外前提下,我们有M=χH成立。
这样,H暗示电流发生的外场,B暗示总场。它们都有物理意义。物理学家之所以争吵哪个
物理量更加基本,也在于此。因为电流和电荷受力,分别发生了H和B,那么谁更加基本
的确是个问题。后来电流的微观机制发现,原来电流实质也是电子受力发生的漂移(注意这
里是受电场力)。因此受力图像里的B就比电流得来的H更加基本了。有些人说H没有意
义,试想,物理学家怎么会定义没有物理意义的物理量呢?
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,你丈量粒子受力F=qvⅹB,而且把丈量力F和速度v得到的B值与丈量
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单位的分歧,仅仅是由于你最开始研究力学用的单位,和开始
研究电荷、电流的单位的分歧,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)。
知道了B与H单位分歧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经常使用的高斯单位制。如果需要换算,
随时添加磁导率即可。
你开始进一步研究了。你已经研究了电流发生磁场的效应,以及单个粒子在磁场中的运动。
那么,有着大量粒子的各种资料介质,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加到某种资料当中,你所要研究的粒子,不再活在真空,而在
资料里活动,它可以是金属里自己自带的电子,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。因此,B的意义就变得丰