磁通量密度又稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度,簡(jiǎn)稱磁通密度,用于表示垂直穿過單位面積的磁力線的多少,即磁力線的疏密程度。磁通量密度常用符號(hào)B表示,國(guó)際通用單位為特斯拉(符號(hào)為T)。磁通量密度越大表示磁感應(yīng)越強(qiáng)。
磁通量密度之所以叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度,而沒有叫做磁場(chǎng)強(qiáng)度,是由于歷史上磁場(chǎng)強(qiáng)度一詞已用來表示另外一個(gè)物理量了,區(qū)別:磁感應(yīng)強(qiáng)度反映的是相互作用力,是兩個(gè)參考點(diǎn)A與B之間的應(yīng)力關(guān)系,而磁場(chǎng)強(qiáng)度是主體單方的量,不管B方有沒有參與,這個(gè)量是不變的。
與電場(chǎng)強(qiáng)度E由單位點(diǎn)電荷受電場(chǎng)力定義相類似,磁通量密度也可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)電荷在B中所受到的磁場(chǎng)力來定義。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一個(gè)電荷q以速度v在磁通量密度矢量場(chǎng)后中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到磁場(chǎng)力F。其數(shù)學(xué)語言可表達(dá)為(式1):
Fm = qv x B
其中,F(xiàn)m、v、B均為向量,磁通量密度B的單位是特斯拉(T)或者是韋伯每平方米(Wb/m2)。從式1可以看出:B的大小等于1C電荷以1 m/s的速度在垂直于磁場(chǎng)方向上運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的力,其方向由電荷所受磁場(chǎng)力和運(yùn)動(dòng)方向共同確定。
如果一個(gè)電荷q以速度i在同時(shí)存在電場(chǎng)E和磁通量密度矢量場(chǎng)B的空間中運(yùn)動(dòng)時(shí),所受到總的力為(式2):
F = qE + qv x B
式2就是洛倫茲力方程(Lorentz force equation),式中F、E、v、B均為向量。
需要指出的是,電荷受到的電場(chǎng)力為F,的作用,該電荷可以是運(yùn)動(dòng)或靜止的,但磁場(chǎng)力F。只對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷起作用。因?yàn)镕m總是垂直于電荷的運(yùn)動(dòng)方向的(v的方向),因此不消耗磁場(chǎng)能量,在B中所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能不會(huì)轉(zhuǎn)換成電荷的動(dòng)能,因?yàn)榇艌?chǎng)不能夠改變電荷的運(yùn)動(dòng)速度的大小,只能夠改變電荷運(yùn)動(dòng)的方向。
在自由空間中,電通量密度D和電場(chǎng)強(qiáng)度E由本構(gòu)關(guān)系D=ε0E聯(lián)系,同樣在自由空間中磁通量密度B(也稱磁感應(yīng)強(qiáng)度)和磁場(chǎng)強(qiáng)度H也有本構(gòu)關(guān)系(式3): ,式中B、H均為向
感應(yīng)強(qiáng)度的國(guó)際單位是特斯拉(T)或者韋伯每平方米 (Wb/m^2)。
磁感應(yīng)強(qiáng)度還有一個(gè)過時(shí)的單位:高斯,其符號(hào)為Gs:1 T = 10000 Gs。這個(gè)符號(hào)在技術(shù)設(shè)施中還廣泛使用。通常條形磁鐵兩極附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度大約是幾十到幾百高斯。在處理與磁性有關(guān)問題時(shí),除了要用到磁感應(yīng)強(qiáng)度外,常常還要討論穿過某一面積的磁力線數(shù)目,稱做磁通量,簡(jiǎn)稱磁通,用 Φ 示。磁通量的單位是韋伯,用Wb表示,以前還有麥克斯韋有Mx表示。如果磁場(chǎng)中某處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,在該處有一塊與磁通垂直的面,它的面積為S,則穿過它的磁通量就是:
Φ = BS
式中磁通量的單位是麥克斯韋(Mx)。
磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是高斯(Gs);面積S的單位是平方厘米;或者:
磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位是特斯拉(T);面積S的單位是平方米。
勵(lì)磁被撤銷后磁芯所保持的被磁化磁通,和剩余磁通密度是兩個(gè)概率。若磁芯沒有飽和,當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度降為零時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為剩余磁通。
當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度H足夠大,使鐵芯飽和后,磁場(chǎng)強(qiáng)度H單調(diào)下降,磁感應(yīng)強(qiáng)度也減小,磁場(chǎng)強(qiáng)度H降為零時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,稱為剩磁,一般用符號(hào)Br表示。若鐵芯沒有飽和,磁場(chǎng)強(qiáng)度H降低至零時(shí),對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B就稱為剩余磁通密度。
可以發(fā)現(xiàn):
1、剩磁是剩余磁通密度的一種特例。
2、剩磁由鐵芯的特性決定,固定的鐵芯,特定條件下,只有一個(gè)剩磁,具有單值性,而剩余磁通密度可以有無數(shù)個(gè),不能體現(xiàn)鐵芯的特性。
磁性能的測(cè)量對(duì)磁體生產(chǎn)廠家和使用客戶來說,都是一個(gè)很重要的問題。磁體的精確測(cè)量,應(yīng)使用測(cè)試儀;但在對(duì)大量產(chǎn)品的測(cè)試中,人們更多的使用的是測(cè)試磁體的表場(chǎng),但表場(chǎng)究竟是一個(gè)什么概念?與靜態(tài)測(cè)試有何聯(lián)系?如何正確評(píng)價(jià)表場(chǎng)值?值得探討。對(duì)于磁體表場(chǎng)的理論計(jì)算,據(jù)電磁理論
方塊類磁體表場(chǎng)計(jì)算長(zhǎng)度為L(zhǎng)、寬度為W、高度為T、x是測(cè)試點(diǎn)離磁體表面的距離。
表場(chǎng)計(jì)算的理論公式描述了磁體表場(chǎng)隨參量的變化規(guī)律,但與實(shí)際測(cè)量值有一定的差別,故實(shí)際我們?cè)谟?jì)算時(shí)可在其理論值計(jì)算的基礎(chǔ)上加一修正系數(shù):一般我們?nèi)?.8-0.9,或采用一些更與實(shí)際相接近的經(jīng)驗(yàn)公式。