二、磁感应强度

    磁感应强度是描述磁场状况的物理量,常用矢量B表示。仿照用试探电荷在电场中所受电场力的大小和方向来定义电场强度的作法,大家也可以用试探电荷在磁场中所受磁场力的大小和方向来定义磁感应强度,不过这个试探电荷必须是运动的,而不是静止的。运动电荷在磁场中所受的磁场力称为洛伦兹力。实验表明,试探电荷在磁场中某点所受洛伦兹力的大小,不仅与试探电荷的电量、经该点时的速率以及该点磁场的强弱有关,而且与电荷运动的速度相对于磁场的取向有关;所受洛伦兹力的方向,不仅依赖于该点磁场的方向,而且随电荷运动的方向而异。这就使磁感应强度的定义比电场强度的定义复杂得多。另外,不仅磁场会对运动电荷有力的作用,电场也会对运动电荷有力的作用。所以在定义磁感应强度时,如果试探电荷在磁场中静止不动,不应受任何力的作用。

    大家按下面的步骤来定义磁感应强度B

    1. 任一点P的磁感应强度B的方向

    实验指出,当试探电荷q0以速度v沿某特定直线通过磁场中的点P时,作用于它的洛伦兹力F总等于零,而与试探电荷的电量和运动速率无关。因此,这条特定直线是点P的磁场自身的属性,称为零力线。大家把这条直线规定为点P的磁感应强度B的方向;

    2. 点P的磁感应强度的大小

    实验发现,当试探电荷沿垂直于上述零力线运动经过点P时,所受洛伦兹力的大小与沿其他方向运动相比,是最大的。实验还发现,当试探电荷q0沿垂直于零力线以速度v^ 通过点P时,所受洛伦兹力F的大小与q0v^的乘积成正比,而比值F /q0 v^与试探电荷无关,只与磁场的强弱有关。因此,大家就把这个比值规定为点P的磁感应强度的大小,即

                          .                    (11-24)

    3. 点P的磁感应强度B的指向

图 11-4

    实验表明,运动试探电荷在点P受到的洛伦兹力F的方向不仅垂直于电荷经过该点时的速度v也垂直于该点磁场的零力线。因此,大家规定B的指向与正试探电荷的速度v和所受洛伦兹力F满足右螺旋关系:当右手四指从速度v的指向经小于p的角转向B的指向时,拇指所指示的方向正好与F的方向一致,如图11-4所示。于是根据已知的v的方向和测得的F的方向,马上可以得到B指向。

    大家将上述磁感应强度B的定义的三个方面都概括在下式中

                          F = q0v×B .                    (11-25)

根据上式,运动的正试探电荷所受洛伦兹力F的大小可以表示为

                         F = q0 v B sinq ,                           

式中q vB之间的夹角。由上式可以求得磁感应强度的大小,为

                         .                   (11-26)

由图11-4可见,v sinq 是电荷运动速度沿垂直于磁场方向的分量,也就是上面所说的v^。这表明式(11-26)与式(11-24)是一致的。当q 等于零或 p 时,表示电荷顺着或逆着磁感应强度B的指向运动,也就是沿着上面所说的那条零力线运动,电荷不受磁力的作用。所以,式(11-25)确实包含了磁感应强度定义的三个方面,是磁感应强度的完整定义式。

    在国际单位制中,磁感应强度的单位是N×s×C-1×m-1,或V×s×m-2,或N×A-1×m-1,这个单位称为特斯拉,用T表示。

       
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