2018真空中的恒定磁场

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　　摘 要：恒定电流产生的磁称为恒定磁场，或称为静磁场。用来描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量。研究恒定磁场必须确定其磁感应强度矢量、散度、旋度。由恒定磁场的基本实验定律――安培实验定律来推导出一系列的磁场物理量和相关的结论。
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　　关键词：真空 恒定磁场
　　
　　一、磁现象以及安培力定律
　　磁现象现在很早之前就被人们所发现，从古代的指南针发现了地磁偏角，到近代实验室的研究，静电学和磁学在很长一段时间内都各自独立的发展着。一直到丹麦科学家奥斯特和安培在实验中发现电与磁现象之间的联系才是的电磁学得以出现与发展。此后的一些实验表明一切磁现象起源于电荷的运动。静止电荷产生电场，而运动电荷在周围空间还激发磁场。在电磁场中，运动电场除受到电场力作用外，还受到磁力的作用。运动电荷或电荷之间通过磁场相互作用的关系可以表示为：电流（运动电荷）――磁场――电流（运动电荷）。
　　实验结果表明，在有恒定电流的两个回路之间存在相互作用力，法国物理学家安培通过实验在1820年总结出两电流回路之间相互作用力的规律称为安培定律。
　　二、磁感应强度
　　磁感应强度（magnetic flux density），描述磁场强弱和方向的基本物理量。是矢量，常用符号B表示。磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。在物理学中磁场的强弱使用磁感强度（也叫磁感应强度）来表示，磁感强度大表示磁感强；磁感强度小，表示磁感弱。这个物理量之所以叫做磁感应强度，而没有叫做磁场强度，是由于历史上磁场强度一词已用来表示另外一个物理量了。
　　电荷在电场中受到的电场力是一定的，方向与该点的电场方向相同或者相反。电流在磁场中某处所受的安培力，与电流在磁场中放置的方向有关，当电流方向与磁场方向平行时，电流受的安培力最小，等于零；当电流方向与磁场方向垂直时，电流受的安培力最大。
　　点电荷q以速度v在磁场中运动时受到力f的作用。在磁场给定的条件下，f的大小与电荷运动的方向有关 。当v沿某个特殊方向或与之反向时，受力为零；当v与此 特殊方向垂直时受力最大，为fm。fm与｜q｜及v成正比，比值 与运动电荷无关，反映磁场本身的性质，定义为磁感应强度的大小，即。B的方向定义为：由正电荷所受最大力fm的方向转向电荷运动方向v时 ，右手螺旋前进的方向 。定义了B之后，运动电荷在磁场B中所受的力可表为F＝QVB，此即洛伦兹力公式。
　　除利用洛伦兹力定义B外，也可以根据电流源Idl在磁场中所受安培力df＝Idl×B来定义B，或根据磁矩m在磁场中所受力矩M＝m×B来定义B，三种定义，方法雷同，完全等价。
　　在数值上等于垂直于磁场方向长1m，电流为1 A的导线所受磁场力的大小。B＝ F/IL (F=BIL而来)一些磁感应强度的大小(单位:T)
　　原子核表面，约10^12；中子星表面，约10^8；目前实验室值:瞬时 10^3，恒定 37；星际空间，10^(-10)；人体表面，3*10^(-10)。
　　磁场方向即磁感应强度的方向，判定方法是放入检验小磁针所受磁场力的方向，也是小磁针稳定平衡时的方向。
　　通电导体受安培力方向可用左手定则：让磁感应线垂直穿过左手手心，四指指向电流方向，并使拇指与四指垂直，拇指所指方向即通电导体所受磁场力（安培力）方向。若磁感线不与电流方向垂直，则将磁感应强度分解到垂直于电流和平行于电流方向，对垂直于电流的分量应用上述左手定则即可，若平行，则不受安培力。可见，安培力垂直与磁感应强度和电流共同确定的平面。
　　同向的电流相互吸引，反向的电流相互排斥。
　　在安培力定律的基础上得出了磁感应强度矢量的计算公式：
　　磁感应强度B的单位是T(特斯拉)。
　　在计算比较复杂的电流回路的磁感应强度B时，可以直接应用几个较典型的回路产生的磁感应强度B的值在此基础上进行电磁场的叠加。
　　三、磁感应线和磁通量
　　与电场中的电场线相似，在磁场中我们引进磁感应线来描绘磁场的分布，以便于学习磁场的初学者更加容易的理解电磁场。
　　从磁感应线中得到的结论：在任何磁场中，每一条磁感应线都是闭合电流相互套链的无头无尾的闭合线，而且，磁感应线的环绕方向和电流形成右手螺旋关系。
　　通过一给定曲面的总磁感应线数，称为通过该区免得磁通量且拥有：
　　四、恒定磁场的散度与旋度
　　恒定磁场的性质也由他的散度与旋度来确定。
　　1.恒定磁场的散度与磁通连续性原理
　　通过实验及数学推理可以得到：
　　此结果说明磁感应强度B的散度恒为0，即磁场是一个无旋场：
　　表明任意闭合面的磁感应强度的通量等于0，磁感应线,是无头无尾的闭合线。
　　2.恒定磁场的旋度和安培环路定理：
　　说明磁场是有旋场，恒定电流时产生恒定磁场的漩涡源：
　　此结果表明，静磁场的磁感应强度在任意闭合曲线上的环量等于闭合曲线交连的恒定电流的代数和与 的乘积。