磁場的特點和應(yīng)用
磁場的特點和應(yīng)用
磁場是一種看不見、摸不著的特殊物質(zhì)，磁場不是由原子或分子組成的，但磁場是客觀存在的。那形成磁場的條件有哪些呢?下面就讓學(xué)習(xí)啦小編來給你科普一下磁場是如何形成的。
磁場形成的原因
由于經(jīng)典物理中至今還拒絕使用基本粒子的概念來研究磁場問題，致使電磁學(xué)和電動力學(xué)都將產(chǎn)生磁場的原因定義為點電荷的定向運動，并將磁鐵的成因解釋為磁疇?，F(xiàn)代物理證明，任何物質(zhì)的終極結(jié)構(gòu)組成都是電子(帶單位負(fù)電荷)，質(zhì)子(帶單位正電荷)和中子(對外顯示電中性)。點電荷就是含有過剩電子(帶單位負(fù)電荷)或質(zhì)子(帶單位正電荷)的物質(zhì)點，因此電流產(chǎn)生磁場的原因只能歸結(jié)為運動電子產(chǎn)生磁場。
一個靜止的電子具有靜止電子質(zhì)量和單位負(fù)電荷，因此對外產(chǎn)生引力和單位負(fù)電場力作用。當(dāng)外力對靜止電子加速并使之運動時，該外力不但要為電子的整體運動提供動能，還要為運動電荷所產(chǎn)生的磁場提供磁能?？梢?，磁場是外力通過能量轉(zhuǎn)換的方式在運動電子內(nèi)注入的磁能物質(zhì)。電流產(chǎn)生磁場或帶負(fù)電的點電荷產(chǎn)生磁場都是大量運動電子產(chǎn)生磁場的宏觀表現(xiàn)。
同樣道理，由一個運動的帶正電的點電荷所產(chǎn)生的磁場，是其中過剩的質(zhì)子從外力所獲取的磁能物質(zhì)的宏觀體現(xiàn)。但其磁能物質(zhì)又分別依附于其中帶有電荷的夸克。
傳遞運動電荷或電流之間相互作用的物理場，由運動電荷或電流產(chǎn)生，同時對產(chǎn)生場中其它運動電荷或電流發(fā)生力的作用。磁場是物質(zhì)的一種形態(tài)。
磁鐵與磁鐵之間，通過各自產(chǎn)生的磁場，互相施加作用力和力矩于對方。運動中的電荷會產(chǎn)生磁場。磁性物質(zhì)產(chǎn)生的磁場可以用電荷運動模型來解釋。
電場是由電荷產(chǎn)生的。電場與磁場有密切的關(guān)系;有時磁場會生成電場，有時電場會生成磁場。麥克斯韋方程組可以描述電場、磁場、產(chǎn)生這些矢量場的電流和電荷，這些物理量之間的詳細(xì)關(guān)系。根據(jù)狹義相對論，電場和磁場是電磁場的兩面。設(shè)定兩個參考系A(chǔ)和B，相對于參考系A(chǔ)，參考系B以有限速度移動。從參考系A(chǔ)觀察為靜止電荷產(chǎn)生的純電場，在參考系B觀察則成為移動中的電荷所產(chǎn)生的電場和磁場。
磁場的基本特點
與電場相仿，磁場是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的向量場，描述磁場的基本物理量是磁感應(yīng)強度矢量B ，也可以用磁感線形象地表示。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簇，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)。
在量子力學(xué)里，科學(xué)家認(rèn)為，純磁場(和純電場)是虛光子所造成的效應(yīng)。以標(biāo)準(zhǔn)模型的術(shù)語來表達(dá)，光子是所有電磁作用的顯現(xiàn)所依賴的媒介。在低場能量狀況，其中的差別是可以忽略的。
磁場的主要功能
磁場是對放入其中的磁體有磁力的作用的物質(zhì)叫做磁場，磁場的基本特征是能對其中的運動電荷施加作用力，即通電導(dǎo)體在磁場中受到磁場的作用力。磁場對電流、對磁體的作用力或力距皆源于此。而現(xiàn)代理論則說明，磁力是電場力的相對論效應(yīng)，受到磁性影響的區(qū)域,顯示出穿越該區(qū)域的電荷或置于該區(qū)域中的磁極會受到機械力的作用。
當(dāng)施加外磁場于物質(zhì)時，磁性物質(zhì)的內(nèi)部會被磁化，會出現(xiàn)很多微小的磁偶極子。磁化強度估量物質(zhì)被磁化的程度。知道磁性物質(zhì)的磁化強度，就可以計算出磁性物質(zhì)本身產(chǎn)生的磁場。創(chuàng)建磁場需要輸入能量。當(dāng)磁場被湮滅時，這能量可以再回收利用，因此，這能量被視為儲存于磁場。
磁體周圍存在磁場，磁體間的相互作用就是以磁場作為媒介的。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。
磁感應(yīng)強度是用來表示磁場的強弱和方向的物理量，是矢量，單位:(T)，1T=1N/A?m。對放入其中的小磁針有磁力的作用的物質(zhì)叫做磁場。磁場是一種看不見，而又摸不著的特殊物質(zhì)。
磁場的應(yīng)用領(lǐng)域
磁現(xiàn)象是最早被人類認(rèn)識的物理現(xiàn)象之一，指南針是中國古代一大發(fā)明。磁場是廣泛存在的，地球，恒星(如太陽)，星系(如銀河系)，行星、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間，都存在著磁場。為了認(rèn)識和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過程，必須考慮磁場這一重要因素。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類生活中，處處可遇到磁場，發(fā)電機、電動機、變壓器、電報、電話、收音機以至加速器、熱核聚變裝置、電磁測量儀表等無不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi)，伴隨著生命活動，一些組織和器官內(nèi)也會產(chǎn)生微弱的磁場。地球的磁級與地理的兩極相反。
在古今社會里，很多對世界文明有重大貢獻(xiàn)的發(fā)明都涉及到磁場的概念。地球能夠產(chǎn)生自己的磁場，這在導(dǎo)航方面非常重要，因為指南針的指北極準(zhǔn)確地指向位置在地球的地理北極附近的地磁南極(地理北極實際上是地磁南極，地理南極實際上是地磁北極)。電動機和發(fā)電機的運作都依賴因磁鐵轉(zhuǎn)動而隨著時間改變的磁場。通過霍爾效應(yīng)，可以給出物質(zhì)的帶電粒子的性質(zhì)。磁路學(xué)專門研討，各種各樣像變壓器一類的電子元件，其內(nèi)部磁場的相互作用。
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