真空磁导率

✍ dations ◷ 2025-07-27 12:31:57 #电磁学,磁学,物理常数

真空磁导率( μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} 0 = 6994125663706212000♠1.25663706212(19)×10−6 H/m

真空磁导率是一个常数,也可以定义为一个基础的不变量,是真空中麦克斯韦方程组中出现的常数之一。在经典力学中,自由空间是电磁理论中的一个概念,对应理论上完美的真空,有时称为“自由空间真空”或“经典真空”:

在真空中,磁场常数是磁感应强度和磁场强度的比率:

真空磁导率 μ 0 {\displaystyle \mu _{0}} ,上面带有的电流,彼此之间会产生作用力。依安培定律,单位长度下的受力为

因为安培的定义,因此导线距离1米时,其电流为1安培,两者之间的单位长度受力为6993200000000000000♠2×10−7 N*m-1。可以定义真空磁导率0的值为

在历史上,0有许多不同的名称,例如在1987年的IUPAP红色书中,此常数称为permeability of vacuum(真空磁导率)。另一个较少用的用语为magnetic permittivity of vacuum、vacuum permeability(真空磁导率)及衍生的permeability of free space(自由空间磁导率)仍然广为使用,不过标准组织已改用magnetic constant(磁常数)来称0,不过旧的词仍然列在同义词的部分。

标准组织选择名称为磁常数的原因是避免使用真空及磁导率,两者都有其物理意义。更改名称后可以让0更像一个定义出来的数值,而不是实验量测的结果。

以原理上来看,有好多种定义电磁物理量及单位系统的方程系统。自19世纪末,电流单位的定义就和质量、长度、时间的定义,以及安培力定律有关。不过准确的作法自从形成后.因为量测方式及想法的进步,已变更了好几次。有关电流单位,以及如何找出相关一组电磁方程的问题相当复杂,简单来说,选择0为目前使用数值的原因如下:

安培力定律说明一个由实验产生的结果,二条直的静止平行导线,距离,两者都有电流流过,若放在真空中,其单位长度上的受力为

若将比例常数写为m,可得到

为了设置相关的方程组,需要定义m的和其他常数的关系,而为了定义电流单位,需要定义m的数值。

在1800年代末期定义的CGS电磁单位制(EMU),m设定为一自然数2,其距离单位为公分、力的单位为达因、以此式定义的电流单位为绝对安培(abampere)或毕奥(biot)。而电磁学家及工程师用的实用单位安培,则是绝对安培的1/10。

在有理化的MKS制(或称为MKSA制)中,m写成0/2π,其中0为单位系统相关的常数,称为磁常数。0的数值设定为使MKSA制的电流单位等于CGS电磁单位制(EMU)中用到的安培。

以上提到二个单位系统.在历史上曾有一段时间有多种不同的电磁单位系统同时使用,特别是科学家和工程师使用的系统不同:科学家会依研究物理理论的不同,在三种单位系统中选择一个使用,而工程师又在实验时使用第四种单位系统。1948年时国际标准组织决定使用MKSA制,也使用其电磁学的单位,因此在国际标准制中只有一种单位系统描述电磁相关的现象。

安培定律描述的是真实世界的物理现象,但m的形式及0的数值完全是由由各参与国代表组织的国际组织决定的。0是量测系统的常数,不是一个可以测量的物理常数。因此此数值也没有描述任何和真空有关的特性。这也是国际标准组织选择用磁常数来作为0的名称,而不使用和其他物理量有关的名称。

磁常数0出现在描述电场、磁场及电磁波性质.以及和产生源关系的麦克斯韦方程组中,尤其是其中有磁导率及磁化强度的方程中,例如由场定义场的方程。在介质中,两者有以下的关系:

其中为磁化强度,在真空中,为零。

在国际单位制中,真空中光速的0和磁常数及真空电容率有关,其定义如下:

以上关系可以由在真空中的麦克斯韦方程组推导而来,不过BIPM及NIST将上述关系式视为是ε0的定义,以 c0及μ0的数值来定义,而不是依麦克斯韦方程有效性有关的推导结果。

相关

  • 吸收吸收,在物理学上是光子的能量由另一个物体,通常是原子的电子,拥有的过程,因此电磁能会转换成为其它的形式,例如热能。波传导的过程中,光线的吸收通常称为衰减。例如,一个原子的价电
  • 仁德医护管理专科学校仁德医护管理专科学校,简称仁德医专,位于 中华民国苗栗县后龙镇,邻近外埔渔港。创办人暨首任校长邱仕丰博士于1967年创立仁德高级药剂职业学校,于1999年升格为仁德医护管理专科
  • 瑞典科学院瑞典皇家科学院(瑞典语:Kungliga Vetenskapsakademien,鲜译“瑞典皇家自然科学学会”)于1739年奉瑞典国王弗雷德里克一世之命,仿效当时的伦敦皇家自然科学促进学会和巴黎皇家科学
  • 生质酒精燃料乙醇(英语:Ethanol fuel),也称乙醇燃料,又称生质酒精,是一种被广泛用于运输业的生物燃料。它和酒精饮料中的乙醇是同一类型的醇类。燃料乙醇由富含糖类物质的农作物酿制产生,可
  • 鳍甲鱼纲鳍甲鱼纲(学名:Pteraspidomorphi)是一类已灭绝的无颌鱼,被认为是有颔下门的近亲。鳍甲鱼纲最重要的特征就是来自于其头部上覆盖着一层由骨板组成的厚重硬甲壳。拥有反歪尾鳍以增
  • 兰陵萧氏兰陵萧氏,是中国中古时期一个以兰陵郡为郡望的萧姓士族。萧氏在南朝以军功起家,其后家族子弟建立了南齐和南梁两个朝代,发展为侨姓士族主要代表,与琅邪王氏、陈郡谢氏、陈郡袁氏
  • 伞菌属伞菌属(),又名蘑菇属,是蘑菇科下的一个大型及重要的属,包括了可吃菇及有毒菇,在全世界合共超过300个物种。
  • 春斗站春斗站(韩语:춘두역)是朝鲜民主主义人民共和国咸镜北道恩德郡的一个铁路车站,属于春斗线。春斗线
  • 克代尼艾机场克代尼艾机场(立陶宛语:Kėdainių aerodromas;ICAO代码:EYKD),是立陶宛的一座机场,位于考纳斯以北45千米处。冷战时期,该机场是苏联第128护卫军事运输飞行团(128 Gv VTAP)的基地,驻扎
  • 卡里·阿尔基武奥卡里·阿尔基武奥(芬兰语:Kari Arkivuo;1983年6月23日-)是一位芬兰足球运动员,在场上的位置是左后卫和右后卫。他现在效力于瑞典足球超级联赛球队赫根足球会。他也是芬兰国家足球