磁场强度h 和磁感应强度b 是最常用描述磁场的参数。其他参数都是建立在两者的基础上的,例如磁导率(b/h),磁损耗(h•db/dt),极化强度(b-μ0h),磁化强度(b/μ0-h)和磁化曲线(b=f(h))。
洛伦兹1982年发现,在电磁场中,运动速度为v的电荷q受到的力为:
f=q(e vμ0h)………………………………………(2.9)
通常,这个力可以分解为两部分:
第一个是由电场e引起的力:f′=qe…………………………………..……(2.10)
第二个是由磁场h产生的力:f′′=qv×μ0h…………………………………(2.11)
由上式可知,电场在任何情况(静止和移动)下都产生作用力,而磁场只在运动的电荷中产生作用力。
磁场强度h(有时也称磁场密度)的单位是1a/m(安培每米)。磁场h在区域a中产生了磁通量φ,磁场量φ 与磁材料介质的磁导率μ 和磁化强度m 有关。在真空中磁化强度为零,磁导率用μ0表示,此时磁场所引起的磁通量为:φ=μ0•ah…………(2.12)磁通量的单位是wb(韦伯)或vs。如图2.3 所示,在铁屑中很容易发现磁通量的存在和方向。
磁感应强度b(有时也称为磁通密度)是一个更常用的物理量,表示为:b=φ/a………(2.13);从式(2.12)和式(2.13)可以看出,真空中磁场强度和磁感应强度之间的关系为:b=μ0h…………(2.14);磁感应强度的单位是t(特斯拉)。
根据式(2.14),真空中磁场强度h和磁感应强度b之间关系是线性的(μ0为常数)。基于这个原因,哪个量用作参考源并不重要,即因和果是独立的,但通常以磁感应强度作为磁场的参考标准。这个标准定义了电流所产生的磁场和机械力之间的关系。在磁感应强度b为1t 时,通过1a 的电流,长为1m 的载流导体产生的力为1n(力的方向垂直于磁通的方向),如图2.4所示。
还可以根据法拉第定律确定磁感应强度单位:连接一个单匝线圈,如果其磁通量在1s 内以匀速变化到0,产生1v 的电动势,则其磁通量的值就是磁感应强度(见图2.4b)。
磁场强度的单位也可以根据毕奥-萨伐尔定律描述。如图2.4c所示,一个电流为1a,半径为1m 的环形回路产生的磁场强度等于i/2r。因此,一个通过电流1a,直径为1m 的单匝线圈中心产生的磁场强度为1a/m。
上面所示描述的三个量的定义如图2.4所示,值得注意的是,也有其他优质的磁场源——亥姆霍兹线圈和高精度的由磁共振控制的磁场源。
许多国家规定必须采用国际单位制si,使用旧的高斯(1g=10-4 t)和奥斯特(1oe=103/4π a/m)单位制不合法。然而,这种旧的单位在几个国家,特别是美国仍在使用。事实上,旧单位很方便,因为在真空中,电场强度1oe 对应的磁感应强度为1g,表2.1总结了高斯单位和国际单位之间的转换关系。
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硅钢磁性能测量装置:
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