磁感线(物理学名词)

----更新时间:2022-07-05

磁感线(Magnetic Induction Iine)是用来描述磁场中磁力方向的闭合曲线。由迈克尔•法拉第提出,用来解决电磁感应的问题。

在磁场中画一些曲线,用(虚线或实线表示)使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同(且磁感线互不交叉),这些曲线叫磁感线。规定小磁针的北极所指的方向为磁感线的方向。磁铁周围的磁感线都是从N极出来进入S极,在磁体内部磁感线从S极到N极。

物理定义

磁感线又叫磁力线,是形象描绘磁场分布的一些曲线,曲线上每一点的切线方向都和这点的磁场方向一致。磁感应强度的方向与该点的磁力线切线方向相同,其大小与磁力线的密度成正比。了解磁力线的基本特点是掌握和分析磁路的的基础。

磁力线是人为的假设的曲线。磁力线有无数条,磁力线是立体的,所有的磁力线都不交叉,磁力线总是从 N 极出发,进入与其最邻近的 S 极并形成。这些假设的曲线基于一个有趣的小实验,这个实验只需要一个条形磁铁,一些铁屑在一块平板玻璃上就可以展示。

磁力线都是闭合的,参见电磁学中的磁通连续性定理。

同电流类似,磁力线总是走磁阻最小(磁导率最大)的路径,因此磁力线通常呈直线或曲线,不存在呈直角拐弯的磁力线。任意二条同向磁力线之间相互排斥,因此不存在相交的磁力线。

当铁磁材料未饱和时,磁力线总是垂直于铁磁材料的极性面。当铁磁材料饱和时,磁力线在该铁磁材料中的行为与在非铁磁性介质(如空气、铝、铜等)中一样。由于磁力线具有这样的基本特性,因此介质的磁化状态取决于介质的磁学特性和几何形状。显而易见,在通常情况下,介质都处于非均匀磁化状态,也就是说通常介质内部的磁力线都成曲线状态且分布不均匀;另外,由于在自然界虽存在电的绝缘体,但不存在磁的绝缘体(除超导体物质),使得通常的磁路都存在漏磁。介质处于非均匀磁化状态和磁路都存在漏磁这二个特征,就决定了磁路的准确计算非常复杂。

假设把小磁针放在磁铁的磁场中,小磁针受磁场的作用,静止时它的两极指向确定的方向。在磁场中的不同点,小磁针静止时指的方向不一定相同。这个事实说明,磁场是有方向性的,物理上规定,在磁场中的任意一点,小磁针N极的受力方向,为那一点的磁场方向。

磁感线的概念是著名物理学家法拉第最先发明并引入的。在电场中可以用电场线形象地描述各点的电场场方向,在磁场中也可以用磁感线形象地描述各点的磁场方向,磁感线是在磁场中画出而实际不存在的一些有方向的曲线(也有直的),这些曲线上每一点的切线方向都和这点的磁场方向一致。

磁感线是为了形象地研究磁场而人为假想的曲线,并不是客观存在于磁场中的真实曲线。

各种磁感线

条形磁铁和蹄形磁铁的磁感线

在磁铁外部,磁感线从N极出来,进入S极;在内部,由S极到N极。

直线电流磁场的磁感线

在直线电流磁场的磁感线分布中,磁感线是以通电直线导线为圆心作无数个同心圆,同心圆环绕着通电导线。实验表明,如果改变电流的方向,各点磁场的方向都变成相反的方向,也就是说磁感线的方向随电流的方向而改变。

直线电流的方向跟磁感线方向之间的关系可以用安培定则(也叫右手螺旋定则)来判定:用右手握住导线,让伸直的拇指所指的方向跟电流的方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

环形电流磁场的磁感线

流过环形导线的电流简称环形电流,从环形电流磁场的磁感线分布,可以看出,环形电流的磁感线也是一些闭合曲线,这些闭合曲线也环绕着通电导线。

环形电流的磁感线方向也随电流的方向而改变。研究环形电流的磁场时,我们主要关心圆环轴上各点的磁场方向,这可以用右手螺旋定则来判定:让右手弯曲的四指和环形电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是圆环的轴线上磁感线的方向。

通电螺线管磁场的磁感线

螺线管是由导线一圈挨一圈地绕成的。导线外面涂着绝缘层,因此电流不会由一圈跳到另一圈,只能沿着导线流动,这种导线叫做绝缘导线。通电螺线管可以看成是放在一起的许多通电环形导线,我们自然会想到二者的磁场分布也一定是相似的。实际上的确如此。要判断通电螺线管内部磁感线的方向,就必须知道螺线管的电流方向。螺线管的电流方向跟它内部磁感线的方向也可以用右手螺旋定则来判定:用右手握住螺线管,让弯曲的四指所指的方向跟电流的方向一致,伸直的拇指所指的方向就是螺线管内部磁感线的方向(即N级)。

和条形磁铁外部的磁感线相似,并和内部的磁感线连接,形成一条条闭合曲线。

匀强磁场的磁感线

如果磁场的某一区域里,磁感应强度的大小和方向处处相同,这个区域的磁场叫匀强磁场。匀强磁场的磁感线是一些间隔相同的平行直线。

磁感线一些特点

①磁感线是闭合曲线,磁铁外部的磁感线是从N极出来,回到磁铁的S极,内部是从S极到N极,外部的磁感线为曲线,而内部的磁感线为直线。

②每条磁感线都是闭合曲线,任意两条磁感线不相交。

③磁感线上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向。

④磁感线的疏密程度表示磁感应强度的大小。