磁标势

✍ dations ◷ 2025-04-26 13:24:46 #磁学,势

磁标势(英语:Magnetic scalar potential)是描述磁场性质的一个有用的辅助量,尤其是在永磁体中。

在一个单连通、没有自由电流的区域,有

这样,我们可以定义磁标势 ψ {\displaystyle \psi } 为:194-199

又因为

并且

这里, M {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {M} } 充当了磁场的“源”,看起来就像是 P {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {P} } 在电场中的角色。因此,类比束缚电荷,我们可以将

称为“束缚磁荷”(虽然到目前为止尚未发现有单独的磁荷存在)。

如有区域存在自由电流,则可以从总的磁场中减去自由电流的贡献,利用磁标势方法求得剩余量。

在静磁学里,描述在源电流四周的另外一个很有用的工具是磁标势。由于磁标势是一个标量,不是矢量,大多数时候,使用磁标势可以使得运算更加简便。但是,它只能使用在没有源电流的空间。注意到静磁学的两个基本方程为

其中, H {\displaystyle \mathbf {H} } 是磁场强度(H场)。

假设电流密度 J {\displaystyle \mathbf {J} } 等于零,则 × H = 0 {\displaystyle \nabla \times \mathbf {H} =0} ,H场是个保守场,必定存在一个函数 ψ m {\displaystyle \psi _{m}} 满足

称这函数为磁标势。在真空里或各向同性、线性、均匀的介电质里,则可将上述定义式代入高斯磁定律,稍加编排,表示为拉普拉斯方程的形式:

对于任意连续场 ψ m {\displaystyle \psi _{m}} ,其梯度的旋度为零。这意味着磁标势场不能存在有任何源电流。但是,实际而言,假若容许不连续线的存在于磁标势场(不连续点可以拥有两种不同的数值),应用复分析,就可以计算源电流产生的磁场。这不连续线称为割线(line of cut)。当用磁标势来解析静磁学问题时,源电流必须置放于割线。

在铁磁性物质或永久磁铁里,B场 B {\displaystyle \mathbf {B} } 、磁化强度 M {\displaystyle \mathbf {M} } 与H场 H {\displaystyle \mathbf {H} } 之间的关系比较复杂:

应用高斯磁定律,

立可得到

M {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {M} } 可以视为磁场的源电流,就好似 ρ b o u n d = P {\displaystyle \rho _{bound}=-\nabla \cdot \mathbf {P} } 是静电学的束缚电荷一样。这样,类比束缚电荷,可以称呼 ρ m = M {\displaystyle \rho _{m}=-\nabla \cdot \mathbf {M} } 为“束缚磁荷”。这样,束缚磁荷的泊松方程为

这泊松方程的解答为

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