照度计
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磁性强度测量基础知识

磁性测量基础知识

1. 磁感应强度
  磁感应强度是用来描述磁场性质的物理量,用B表示。磁场中某点的B的方向是该点的磁场方向,B的大小表示该点磁场强度的强弱。
  在SI单位制(国际单位制)中,磁感应强度的单位是[伏特•秒/米2], 而[伏特]•[秒]称为韦伯,所以磁感应强度的单位称为[韦伯/米2]或[特斯拉],简称[特]。在CGSM单位制中,磁感应强度的单位是[高斯]。单位用符号表示:V 为[伏特]、s为[秒]、m为[米]、Wb为[韦伯]、T为[特]、Gs为[高斯]、mT为[毫特]。
    1 T = 1 Wb/m2 = 104 Gs = 103 mT      (1)

2. 磁力线、磁通与磁通连续定理
  我们用磁力线来形象地描绘磁场,电流产生的各种不同磁场的磁力线如图1所示。磁力线是环绕电流的无头无尾的闭合线,电流方向与磁力线回转方向符合右手定则。


(a)直电流的磁力线     (b)圆电流的磁力线    (c)螺线管电流的磁力线
图1 电流和它的磁场

  我们规定,磁力线任何一点的切线方向是该点磁场(也就是B)的方向,通过垂直于B矢量的单位面积的磁力线数等于该点B矢量的大小。也就是说,磁场强的地方,磁力线较密;磁场弱的地方,磁力线较疏。

  通过某一曲面的总磁力线数,称为通过该曲面的磁通,用Φ表示。磁通的计算如图2所示,在曲面上取面积元,其法线方向与该点的B的方向之间成θ角,通过该面积元的磁通为:
    dφ = B × cosθ× ds            (2)
所以通过曲面S的总磁通为:
    φ = ∮B × cosθ× ds            (3)
当B均匀,S是平面并与B垂直时,通过S平面的磁通为:
    φ = B × S                 (4)
这是磁测量中经常用到的关系。

  图2 通过曲面S的磁通

  磁通连续定理:当S面是一个闭合面,由于磁力线是闭合线,那么穿进闭合面S的磁力线必从闭合面的其它部分穿出,所以通过任一闭合面的总磁通量必等于零。即:
    φ = ∮Bcosθds = 0             (5)

  磁通的单位在SI单位制中是[韦伯],在CGSM单位制中是[麦克斯韦],简称[麦],符号用Mx表示。
    1 Wb = 108 Mx               (6)

3. 磁场强度、磁导率和安培环路定律

  磁场强度是为了便于分析磁场和电流之间的关系而引入的一个物理量,它也是一个矢量,用H表示。它与磁感应强度的关系是:
    H = B / µ                 (7)
其中:µ是磁介质的磁导率,由磁介质的性质决定。在SI单位制中,真空的磁导率为:
    µ0 = 4π × 10-7 亨利/米           (8)
H的单位是[安培/米];在CGSM单位制中,真空的磁导率为1,H的单位是[奥斯特],简称[奥]。单位用符号表示:A为[安培]、Oe为[奥]、H为[亨利]。
    1 A/m = 4π×10-3 Oe            (9)

  安培环路定律:在磁场中,H矢量沿任意闭合曲线的线积分等于包围在这闭合曲线内各电流的代数和。即:
    ∮H×cosα×dl = ΣI             (10)
式中:α为曲线的切线方向与该点磁场方向的夹角。

  利用安培环路定律,我们可以较方便地计算出具有某种空间对称性的电流所产生的磁场。例如计算一个均匀密绕的环形螺线管内部P点的磁场强度,如图4所示。取过P点,半径为r的同心圆,作为闭合的积分曲线。由于对称关系,在同心圆周上各点的磁场强度相等,磁场强度的方向沿着同心圆的切线方向,即α=0,这样:
    ∮H×cosα×dl = H×2πr = NI         (11)


图3 安培环路定律


图4 环形螺线管内的磁场


  于是P点的磁场强度:H = NI / (2πr)
  式中:N为绕线匝数。从这个关系可以看到:磁场强度仅决定于产生磁场的电流的分布,而与磁介质的性质无关。

4. 电磁感应定律
  电磁感应定律说明了感应电动势与磁通变化之间的关系。定律指出:不论任何原因使通过某一回路的磁通Φ发生变化时,回路中产生的感应电动势为:
    e = - dΦ / dt                (12)
  如果回路由N匝线圈组成,那么在磁通变化时,每匝都将产生感应电动势,总的感应电动势等于各匝的感应电动势之和。当每匝通过的磁通相同时,则有:
    e = - N × dΦ / dt              (13)
  电磁感应定律是磁测量中应用最普遍的定律之一。
  当式(13)中的磁通按正弦规律作周期性变化时,可以推导出感应电动势的有效值与磁通的最大值的关系为:
    U = 4.44 × f × N ×Φm           (14)

 

 

发布人:gzgodee 发布时间:2015年3月12日 已被浏览 1659 次 〖 打印本文