電流、運動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來源于電流,電流是電荷的運動,因而概括地說,磁場是由運動電荷或變化電場產(chǎn)生的。磁場的基本特征是能對其中的運動電荷施加作用力,磁場對電流、對磁體的作用力或力矩皆源于此。
與電場相仿,磁場是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的矢量場,描述磁場的基本物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B ,也可以用磁感線形象地圖示。然而,作為一個矢量場,磁場的性質(zhì)與電場頗為不同。運動電荷或變化電場產(chǎn)生的磁場,或兩者之和的總磁場,都是無源有旋的矢量場,磁力線是閉合的曲線族,不中斷,不交叉。換言之,在磁場中不存在發(fā)出磁力線的源頭,也不存在會聚磁力線的尾閭,磁力線閉合表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零,即磁場是有旋場而不是勢場(保守場),不存在類似于電勢那樣的標(biāo)量函數(shù)。
磁感應(yīng)強(qiáng)度:與磁力線方向垂直的單位面積上所通過的磁力線數(shù)目,又叫磁力線的密度,也叫磁通密度,用B表示,單位為特(斯拉)T。
磁通量:磁通量是通過某一截面積的磁力線總數(shù),用Φ表示,單位為韋伯(Weber),符號是Wb。 通過一線圈的磁通的表達(dá)式為:Φ=B·S(其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,S為該線圈的面積。) 1Wb=1T·m2
磁場方向:規(guī)定小磁針的北極在磁場中某點所受磁場力的方向為該電磁場的方向。
磁感線:在磁場中畫一些曲線,使曲線上任何一點的切線方向都跟這一點的磁場方向相同,這些曲線叫磁力線。磁力線是閉合曲線。規(guī)定小磁針的北極所指的方向為磁力線的方向。磁鐵周圍的磁力線都是從N極出來進(jìn)入S極,在磁體內(nèi)部磁力線從S極到N極。
地磁場包括基本磁場和變化磁場兩個部分,它們在成因上完全不同�;敬艌鍪堑卮艌龅闹饕糠郑鹪从诘厍騼�(nèi)部,比較穩(wěn)定,變化非常緩慢。變化磁場包括地磁場的各種短期變化,主要起源于地球外部,并且很微弱。
地球的基本磁場可分為偶極子磁場、非偶極子磁場和地磁異常幾個組成部分。偶極子磁場是地磁場的基本成分,其強(qiáng)度約占地磁場總強(qiáng)度的90%,產(chǎn)生于地球液態(tài)外核內(nèi)的電磁流體力學(xué)過程,即自激發(fā)電機(jī)效應(yīng)。非偶極子磁場主要分布在亞洲東部、非洲西部、南大西洋和南印度洋等幾個地域,平均強(qiáng)度約占地磁場的10%。地磁異常又分為區(qū)域異常和局部異常,與巖石和礦體的分布有關(guān)。
地球變化磁場可分為平靜變化和干擾變化兩大類型。平靜變化主要是以一個太陽日為周期的太陽靜日變化,其場源分布在電離層中。干擾變化包括磁暴、地磁亞暴、太陽擾日變化和地磁脈動等,場源是太陽粒子輻射同地磁場相互作用在磁層和電離層中產(chǎn)生的各種短暫的電流體系。磁暴是全球同時發(fā)生的強(qiáng)烈磁擾,持續(xù)時間約為1~3天,幅度可達(dá)10納特。其他幾種干擾變化主要分布在地球的極光區(qū)內(nèi)。除外源場外,變化磁場還有內(nèi)源場。內(nèi)源場是由外源場在地球內(nèi)部感應(yīng)出來的電流所產(chǎn)生的。將高斯球諧分析用于變化磁場,可將這種內(nèi)、外場區(qū)分開。根據(jù)變化磁場的內(nèi)、外場相互關(guān)系,可以得出地球內(nèi)部電導(dǎo)率的分布。這已成為地磁學(xué)的一個重要領(lǐng)域,叫做地球電磁感應(yīng)。
地球變化磁場既和磁層、電離層的電磁過程相聯(lián)系,又和地殼上地幔的電性結(jié)構(gòu)有關(guān),所以在空間物理學(xué)和固體地球物理學(xué)的研究中都具有重要意義。
電磁場是電場與磁場的合稱。電場和磁場的傳播過程生成一個作用力場,這個作用力場叫做電磁場。
我們一般所稱的「場」指的是空間中的一個區(qū)域,進(jìn)入這個區(qū)域的物體都會感受到力的作用,例如我們生活在地球的重力場中,也生活在地磁的磁場中,閃電時我們更籠罩在強(qiáng)大的電場中。
電磁場可由變速運動的帶電粒子引起,也可由強(qiáng)弱變化的電流引起,不論原因如何,電磁場總是以光速向四周傳播,形成電磁波。電磁場是電磁作用的媒遞物,具有能量和動量,是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場的性質(zhì)、特征及其運動變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。
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