磁場的特點和應用
磁場的特點和應用
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?下面就讓學習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，致使電磁學和電動力學都將產(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。現(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)量和單位負電荷，因此對外產(chǎn)生引力和單位負電場力作用。當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關(guān)系。根據(jù)狹義相對論，電場和磁場是電磁場的兩面。設定兩個參考系A和B，相對于參考系A，參考系B以有限速度移動。從參考系A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量函數(shù)。
在量子力學里，科學家認為，純磁場(和純電場)是虛光子所造成的效應。以標準模型的術(shù)語來表達，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，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)。
磁場的應用領域
磁現(xiàn)象是最早被人類認識的物理現(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，這在導航方面非常重要，因為指南針的指北極準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，可以給出物質(zhì)的帶電粒子的性質(zhì)。磁路學專門研討，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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