磁通量

✍ dations ◷ 2025-04-03 10:41:02 #物理量,磁学

磁通量,符号为 Φ B {\displaystyle \Phi _{B}} ,是通过某给定曲面的磁场(亦称为磁通量密度)的大小的度量。磁通量的国际单位制单位是韦伯。

给定曲面上的磁通量大小与通过曲面的磁场线的个数成正比。此处磁场线的个数是个“净”数量,即从一个方向上通过的个数减去另一个方向上通过的个数。当一个均匀磁场垂直通过一个平面,磁通量即是磁场与该平面面积的乘积。当均匀磁场 B {\displaystyle \mathbf {B} } 以任意角度通过一个平面,磁通量即是磁场与该平面面积 a {\displaystyle \mathbf {a} } 的点积。

其中, θ {\displaystyle \theta } 是磁场 B {\displaystyle \mathbf {B} } 和平面面积法矢量 a {\displaystyle \mathbf {a} } 的夹角.

在一般情况下,磁通量是通过磁场在曲面面积上的积分定义的(见图1和图2)。

其中, Φ B   {\displaystyle \Phi _{B}\ } 为磁通量, B {\displaystyle \mathbf {B} } 为磁感应强度, S {\displaystyle S} 为曲面, {\displaystyle \cdot } 为点积, d S {\displaystyle d\mathbf {S} } 为无穷小矢量(见曲面积分)。

磁通量通常通过通量计进行测量。通量计包括测量线圈以及估计测量线圈上电压变化的电路,从而计算磁通量。

高斯磁定律是四条麦克斯韦方程之一,指出通过一闭曲面的磁通量为零。这定律是依据还没有发现磁单极这一经验得出的。

高斯磁定律为,对任意闭曲面:

即使通过闭曲面的磁通量是零,通过开曲面的磁通量可以不是零,而且,它是电磁学中一个重要的物理量。例如,当通过一个导电线环的磁通量发生变化,这一变化会引起电动势的生成,并因此在线环中产生电流。其关系式可由法拉第电磁感应定律得出:

其中(见图3):

在上述公式中,电动势的生成可以有两种解释:由洛伦兹力引起的电荷在闭合曲线 Σ ( t ) {\displaystyle \partial \Sigma (t)} 上的运动;通过开曲面 Σ ( t ) {\displaystyle \Sigma (t)} 的磁通量。这一公式即是发电机的原理。

麦克斯韦方程中的高斯电场定律为:

其中

注意,通过闭曲面的 E {\displaystyle \mathbf {E} } 的通量“并不总是”零,这指出了电“单极”的存在,即自由的正负电荷。

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