高中物理磁场

简单定义:对放在里面的小磁针有磁性作用的物质，叫做磁场。

磁场的基本特征是能对其中运动的电荷施加作用力，磁场对电流和磁铁的作用力或力距都来源于此。现代理论表明，磁力是电场力的相对论效应。

与电场类似，磁场是在一定空间区域内连续分布的矢量场。描述磁场的基本物理量是磁感应强度矢量B，也可以用磁感应线图形表示。但是，作为一个矢量场，磁场的性质与电场有很大的不同。移动电荷或改变电场产生的磁场，或两者之和的总磁场，是一个被动的、旋转的矢量场，磁力线是一个封闭的曲线族，不间断，不交叉。换句话说，没有磁力线的来源，也没有会聚磁力线的尾巴。磁力线闭合表明沿磁力线的回路积分不为零，即磁场具有自旋场而不是势场(保守场)，不存在类似于势的标量函数。

磁感应强度:垂直于磁力线方向通过单位面积的磁力线数量，也叫磁力线密度，也叫磁通密度，用B表示，单位是特斯拉t。

磁通量:磁通量是通过一定截面积的磁力线的总数，用φ表示，单位为韦伯，符号为Wb。通过线圈的磁通量的表达式为:φ = b s(其中b为磁感应强度，s为线圈的面积。)1Wb=1T m2

磁场方向:指定小磁针北极在磁场中某一点的磁场力的方向为电磁场的方向。北极到南极的方向是磁铁内部从南极到北极，可以表示为磁感应线的切线方向，也可以表示为小磁针静止放入磁场时北极所指的方向！磁场的南北极正好与地理的南北极相反，在一端的两极之间有一个磁偏角，叫做磁偏角！磁偏角不断缓慢变化！掌握磁偏角的变化对罗经指向的应用意义重大！

磁感应线:在磁场中画一些曲线，使曲线上任意一点的切线方向与该点的磁场方向相同。这些曲线被称为磁力线。磁力线是闭合的曲线。小磁针北极指向的方向定义为磁力线的方向。磁铁周围的磁力线都是从N极出来进入S极，在磁铁内部，磁力线从S极到N极。

电磁场是电磁作用的媒介，是一个统一的整体。电场和磁场是密切相关、相互依存的两个方面。变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场，变化的电磁场以涨落的形式在空间传播。电磁波传播速度有限，能量和动量可互换。电磁波与物体的相互作用，电磁波与粒子的相互转化等。都证明电磁场是客观物质，它的“特殊”在于没有静止质量。

磁现象是人类最早认识到的物理现象之一，指南针是中国古代的一大发明。磁场广泛存在于地球、恒星(如太阳)、星系(如银河系)、行星、卫星以及星际和星系间空间。为了理解和解释许多物理现象和过程，我们必须考虑磁场这一重要因素。在现代科技和人类生活中，磁场随处可见。发电机、电动机、变压器、电报、电话、收音机、加速器、热核聚变装置和电磁测量仪器都与磁现象有关。即使在人体内，随着生命活动，一些组织和器官也会产生微弱的磁场。地球的磁平与地理的两极相反。

安培力:(左手定则)F=BIL*Sinθ

洛伦兹力:(左手定则)微观上F=qvBSinθ。

[编辑本段]电磁场

电磁场是相互联系、相互依存的电场和磁场的统一和总称。时变电场产生磁场，时变磁场产生电场，互为因果，形成电磁场。电磁场可以由变速运动的带电粒子引起，也可以由不同强度的电流引起。不管什么原因，电磁场总是以光速向周围传播，形成电磁波。电磁场是电磁作用的媒介，具有能量和动量，是物质存在的一种形式。电磁场的性质、特征和运动变化由麦克斯韦方程组决定。

[编辑此段]地磁场

地磁场是从地球中心到磁层顶部的空间中的磁场。地磁的主要研究对象。早期对地磁场存在的认识，来源于天然磁铁和磁针的手指极性。地磁的北磁极在地理南极附近；地磁的南磁极在地理北极附近。磁针的极性是因为地球北磁极(磁S极)吸引磁针N极，地球南磁极(磁N极)吸引磁针S极。这个解释最早是由英国的w·吉尔伯特在1600年提出的。吉尔伯特关于地磁场来自地球本身的假设是正确的。这一点已经被德国数学家C.F .高斯在1839年首次应用球谐函数分析所证实。

地磁的磁感应线与地理经线不平行，它们之间的夹角称为磁偏角。中国古代著名科学家沈括是第一个注意到磁偏角现象的科学家。

地磁场是一个矢量场。要描述空间某一点的地磁场强度和方向，需要三个独立的地磁要素。常用的地磁要素有7个，即地磁总强度F、水平强度H、垂直强度Z，X和Y分别是H的北向和东向分量，D和I分别是赤纬和倾角。其中，磁偏角的观测历史最早。现代地磁场观测中，地磁台一般只记录h、d、z或x、y、z。

近地空间的地磁场和均匀磁化球体的磁场一样，在地面两极附近小于1高斯，所以地磁场很弱。地磁场强度的单位曾经是伽马(γ)，即1纳特斯拉。1960年决定采用特斯拉作为国际磁测量单位，1高斯= 10特斯拉(T)，1伽马= 10 (-9)特斯拉= 1纳特斯拉(简称nt)。虽然地磁场很弱，但它延伸到遥远的太空，保护地球上的生物和人类免受宇宙辐射。

地磁场包括基本磁场和变化磁场两部分，两者的起源完全不同。基本磁场是地磁场的主要部分，源于地球内部，相对稳定，变化非常缓慢。变化磁场包括地磁场的各种短期变化，主要来源于地球外部，非常微弱。

地球的基本磁场可分为偶极磁场、非偶极磁场和地磁异常。偶极磁场是地磁场的基本组成部分，其强度约占磁场总强度的90%，是地球液态外核中电磁流体力学过程产生的，即自激电机效应。非偶极子磁场主要分布在东亚、西非、南大西洋和南印度洋，平均强度约为磁场的10%。地磁异常分为区域异常和局部异常，与岩石和矿体的分布有关。

地磁场的变化可以分为两种类型:平静变化和扰动变化。宁静变化主要是以一个太阳日为周期的太阳宁静日变化，其场源分布在电离层中。扰动变化包括磁暴、地磁亚暴、太阳扰动和地磁脉动等。场源是磁层和电离层中太阳粒子辐射与地磁场相互作用产生的各种短期电流系统。磁暴是全球同时发生的强磁扰动。持续时间约为1 ~ 3天，振幅可达10 NAT。其他干扰变化主要分布在地球极光区。变化磁场除了外部源场，还有内部源场。内生场是由地球中外生场感应的电流产生的。高斯球谐分析可以应用于变化的磁场，可以区分内外场。根据变化磁场的内外场关系，可以得到地球中电导率的分布。这已经成为地磁的一个重要领域，称为地球电磁感应。

地磁场的变化不仅与磁层和电离层的电磁过程有关，而且与地壳和上地幔的电性结构有关，因此在空间物理和固体地球物理的研究中具有重要意义。

[编辑此段]磁场的类型

1.强度和方向保持不变的磁场称为恒磁场或恒磁场，如铁磁片和通电的电磁铁产生的磁场。

2.交变磁场强度和方向有规律变化的磁场，如工频磁疗机和异极旋转磁疗机产生的磁场。

3.脉动磁场磁场强度有规律变化而磁场方向不变的磁场，就像极旋转磁疗仪和脉动DC电磁铁产生的磁场。

4.脉冲磁场间歇式脉冲电流是由间歇振荡器产生的，将这种电流通入电磁铁的线圈中，可以产生各种形状的脉冲磁场。脉冲磁场的特点是磁场间歇，其频率、波形、峰值可根据需要调节。

恒定磁场也叫静态磁场，而交变磁场、脉动磁场、脉冲磁场都属于动态磁场。当磁场在磁场空间中的强度相等或近似相等时称为均匀磁场，否则称为非均匀磁场。离磁极面越远，磁场越弱，磁场强度梯度越大。