什么是磁感線(xiàn)?如何判斷磁感線(xiàn)?
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磁感線(xiàn)是物理學(xué)中的名詞,對(duì)于磁感線(xiàn),想必上過(guò)高中的朋友都有所耳聞,畢竟這是物理課上的內(nèi)容。為增進(jìn)大家對(duì)磁感線(xiàn)的認(rèn)識(shí),本文將對(duì)磁感線(xiàn)以及磁感線(xiàn)的判斷方法予以介紹。如果你對(duì)磁感線(xiàn)具有興趣,不妨繼續(xù)往下閱讀哦。
一、什么是磁感線(xiàn)
磁感線(xiàn)又叫磁力線(xiàn),是形象描繪磁場(chǎng)分布的一些曲線(xiàn),曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的切線(xiàn)方向都和這點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致。磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向與該點(diǎn)的磁力線(xiàn)切線(xiàn)方向相同,其大小與磁力線(xiàn)的密度成正比。了解磁力線(xiàn)的基本特點(diǎn)是掌握和分析磁路的的基礎(chǔ)。
磁力線(xiàn)是人為的假設(shè)的曲線(xiàn)。磁力線(xiàn)有無(wú)數(shù)條,磁力線(xiàn)是立體的,所有的磁力線(xiàn)都不交叉,磁力線(xiàn)總是從N極出發(fā),進(jìn)入與其最鄰近的S極并形成。這些假設(shè)的曲線(xiàn)基于一個(gè)有趣的小實(shí)驗(yàn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)只需要一個(gè)條形磁鐵,一些鐵屑在一塊平板玻璃上就可以展示。
磁力線(xiàn)都是閉合的,參見(jiàn)電磁學(xué)中的磁通連續(xù)性定理。
同電流類(lèi)似,磁力線(xiàn)總是走磁阻最小(磁導(dǎo)率最大)的路徑,因此磁力線(xiàn)通常呈直線(xiàn)或曲線(xiàn),不存在呈直角拐彎的磁力線(xiàn)。任意二條同向磁力線(xiàn)之間相互排斥,因此不存在相交的磁力線(xiàn)。
當(dāng)鐵磁材料未飽和時(shí),磁力線(xiàn)總是垂直于鐵磁材料的極性面。當(dāng)鐵磁材料飽和時(shí),磁力線(xiàn)在該鐵磁材料中的行為與在非鐵磁性介質(zhì)(如空氣、鋁、銅等)中一樣。由于磁力線(xiàn)具有這樣的基本特性,因此介質(zhì)的磁化狀態(tài)取決于介質(zhì)的磁學(xué)特性和幾何形狀。顯而易見(jiàn),在通常情況下,介質(zhì)都處于非均勻磁化狀態(tài),也就是說(shuō)通常介質(zhì)內(nèi)部的磁力線(xiàn)都成曲線(xiàn)狀態(tài)且分布不均勻;另外,由于在自然界雖存在電的絕緣體,但不存在磁的絕緣體(除超導(dǎo)體物質(zhì)),使得通常的磁路都存在漏磁。介質(zhì)處于非均勻磁化狀態(tài)和磁路都存在漏磁這二個(gè)特征,就決定了磁路的準(zhǔn)確計(jì)算非常復(fù)雜。
假設(shè)把小磁針?lè)旁诖盆F的磁場(chǎng)中,小磁針受磁場(chǎng)的作用,靜止時(shí)它的兩極指向確定的方向。在磁場(chǎng)中的不同點(diǎn),小磁針靜止時(shí)指的方向不一定相同。這個(gè)事實(shí)說(shuō)明,磁場(chǎng)是有方向性的,物理上規(guī)定,在磁場(chǎng)中的任意一點(diǎn),小磁針N極的受力方向,為那一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向。
磁感線(xiàn)的概念是著名物理學(xué)家法拉第最先發(fā)明并引入的。在電場(chǎng)中可以用電場(chǎng)線(xiàn)形象地描述各點(diǎn)的電場(chǎng)場(chǎng)方向,在磁場(chǎng)中也可以用磁感線(xiàn) 形象地描述各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,磁感線(xiàn)是在磁場(chǎng)中畫(huà)出而實(shí)際不存在的一些有方向的曲線(xiàn)(也有直的),這些曲線(xiàn)上每一點(diǎn)的切線(xiàn)方向都和這點(diǎn)的磁場(chǎng)方向一致。
磁感線(xiàn)是為了形象地研究磁場(chǎng)而人為假想的曲線(xiàn),并不是客觀存在于磁場(chǎng)中的真實(shí)曲線(xiàn)。
二、磁感線(xiàn)判斷方法
條形磁鐵和蹄形磁鐵的磁感線(xiàn):相對(duì)來(lái)講比較簡(jiǎn)單,在磁鐵外部,磁感線(xiàn)從N極出來(lái),進(jìn)入S極;反之,在內(nèi)部由S極到N極。
直線(xiàn)電流磁場(chǎng)的磁感線(xiàn):在直線(xiàn)電流磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)分布中,磁感線(xiàn)是以通電直線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)為圓心作無(wú)數(shù)個(gè)同心圓,同心圓環(huán)繞著通電導(dǎo)線(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明,如果改變電流的方向,各點(diǎn)磁場(chǎng)的方向都變成相反的方向,也就是說(shuō)磁感線(xiàn)的方向隨電流的方向而改變。直線(xiàn)電流的方向跟磁感線(xiàn)方向之間的關(guān)系可以用安培定則(也叫右手螺旋定則)來(lái)判定:用右手握住導(dǎo)線(xiàn),讓伸直的拇指所指的方向跟電流的方向一致,彎曲的四指所指的方向就是磁感線(xiàn)的環(huán)繞方向。
環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線(xiàn):流過(guò)環(huán)形導(dǎo)線(xiàn)的電流簡(jiǎn)稱(chēng)環(huán)形電流,從環(huán)形電流磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)分布,可以看出,環(huán)形電流的磁感線(xiàn)也是一些閉合曲線(xiàn),這些閉合曲線(xiàn)也環(huán)繞著通電導(dǎo)線(xiàn)。環(huán)形電流的磁感線(xiàn)方向也隨電流的方向而改變。研究環(huán)形電流的磁場(chǎng)時(shí),我們主要關(guān)心圓環(huán)軸上各點(diǎn)的磁場(chǎng)方向,這可以用右手螺旋定則來(lái)判定:讓右手彎曲的四指和環(huán)形電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是圓環(huán)的軸線(xiàn)上磁感線(xiàn)的方向。
通電螺線(xiàn)管磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)(類(lèi)似于條形磁鐵):螺線(xiàn)管是由導(dǎo)線(xiàn)一圈挨一圈地繞成的。導(dǎo)線(xiàn)外面涂著絕緣層,因此電流不會(huì)由一圈跳到另一圈,只能沿著導(dǎo)線(xiàn)流動(dòng),這種導(dǎo)線(xiàn)叫做絕緣導(dǎo)線(xiàn)。通電螺線(xiàn)管可以看成是放在一起的許多通電環(huán)形導(dǎo)線(xiàn),我們自然會(huì)想到二者的磁場(chǎng)分布也一定是相似的。實(shí)際上的確如此。要判斷通電螺線(xiàn)管內(nèi)部磁感線(xiàn)的方向,就必須知道螺線(xiàn)管的電流方向。螺線(xiàn)管的電流方向跟它內(nèi)部磁感線(xiàn)的方向也可以用右手螺旋定則來(lái)判定:用右手握住螺線(xiàn)管,讓彎曲的四指所指的方向跟電流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺線(xiàn)管內(nèi)部磁感線(xiàn)的方向(即N級(jí))。通電螺線(xiàn)管外部的磁感線(xiàn)和條形磁鐵外部的磁感線(xiàn)相似,并和內(nèi)部的磁感線(xiàn)連接,形成一條條閉合曲線(xiàn)。
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