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`最近看了几个关于磁场强度(H)和磁感应强度(B)的帖子,觉得有必要将此问题说明一下,相关内容可以查阅《电磁学》。
在此先阐述一下电场的类似问题,也许容易理解一些。关于电场有两个相关物理量,其一是电场强度——E,其二则是电通密度——D。某点的电场强度 E 直接关联于此点上的电场力——单位检验电荷所受之力。电场的源之一是电荷,相应有高斯定律(考虑自由电荷和束缚电荷的共同作用): ∮ E • ds = Q / ε0 如果存在电介质,介质在电场中会发生极化。由极化会产生极化电荷(也称束缚电荷),则在高斯积分封闭曲面内存在有自由电荷 Qf 和极化电荷 Qp,且Q = Qf + Qp。代入得: ∮ E • ds = (Qf + Qp) / ε0 显然,同样可以将 E 分解成分别由 Qf 和 Qp 所产生的电场之和,即 E = Ef + Ep,且成立: ∮ Ef • ds = Qf / ε0 ∮ Ep • ds = Qp / ε0 引入介质的极化强度P,且有关系 ∮ P • ds = - Qp,代入∮ E • ds = (Qf + Qp) / ε0得: ∮ E • ds = Qf / ε0 - ∮ P • ds / ε0 ∮ (E ε0 + P) • ds = Qf 令 E ε0 + P = D 有: ∮ D • ds = Qf 这就得到了仅含自由电荷且与本构无关的高斯定律形式。对于电介质,介质极化强度(P)和电场强度(E)有如下关系: P = ε0 χe E 其中χe为极化率,简单介质的极化率为常数。代入E ε0 + P = D有: D = ε0 (1 + χe) E = ε0 εr E 其中 εr = 1 + χe 为相对介电常数。 需要注意的是,这里的D(电通密度)是人为引入的一个辅助物理量,无真实物理场与之对应。引入D后,发现似乎其与自由电荷所产生的电场强度 Ef 有点关系,其关系就是它们的高斯定律关系式中都不含本构参数 εr ( ∮ Ef • ds = Qf / ε0 和 ∮ D • ds = Qf)。但这不说明两者具有同构性,其实在具有不同介质的结构中其形态差异非常大。再看磁场,类似的同样有两个相关的物理量,其一是磁感应强度——B,其二是磁场强度——H。给出安培环路定律(考虑自由电流和束缚电流的共同作用): ∮ B • dl = μ0 I 如果存在磁介质,同样在磁场中介质会被磁化,由磁化会产生磁化电流(也称束缚电流),则在安培积分封闭曲线内存在流过的自由电流 If 和磁化电流 Im,且I = If + Im。代入得: ∮ B • dl = μ0 (If + Im) 同样可以将 B 分解成分别由 If 和 Im 所产生的磁场之和,即 B = Bf + Bm,且成立: ∮ Bf • dl = μ0 If ∮ Bm • dl = μ0 Im 引入介质的磁化强度M,且有关系 ∮ M • dl = Im,代入∮ B • dl = μ0 (If + Im)得: ∮ B • dl = μ0 If + μ0 ∮ M • dl ∮ (B / μ0 - M) • dl = If 令 (B / μ0 - M) = H 有: ∮ H • dl = If 这同样得到了仅含自由电流且与本构无关的安培定律积分形式。对于磁介质,介质磁化强度(M)和磁感应强度(B)有如下关系: M = B χm / (1 + χm) / μ0 其中χm为介质的磁化率,简单介质的磁化率为常数。代入(B / μ0 - M) = H有: H = B / (1 + χm) / μ0 = B / (μ0 μr) 其中 μr = 1 + χm 为相对磁导率。 同样,这里的H(磁场强度)是人为引入的一个辅助物理量,无真实物理场与之对应。引入H后,发现似乎其与自由电流所产生的磁感应强度 Bf 有点关系,其关系就是它们的安培定律关系式中都不含本构参数 μr ( ∮ Bf • dl = μ0 If 和 ∮ H • dl = If)。但这不说明两者具有同构性,其实在具有不同介质的结构中其形态差异同样非常大。` |
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