地球是个大磁场,那么我们生活在一个磁场中吗?

发布网友发布时间：2024-08-19 20:38

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热心网友时间：2024-08-29 11:07

大家都知道，用一根加工成条形的天然磁铁，插入铁屑后再移到另一处就会发现其两端能吸满铁屑，在中间极少或没有铁屑，所以称吸力很强的两端为磁极。如果在条形磁铁中间系上线，悬挂起来，使之在水平面内自由转动，此时条形磁铁会一端指北，一端指南而保持不变。我们称指北的一端为北极(N)，指南的一端为南极(S)。条形磁铁不论长短，N极和S极都是成对出现，即一端为N极，另一端必为S极。

当另一条形磁铁的一端靠近可以转动的条形磁铁时，转动磁铁会发生偏转，若互相吸引而转动时，说明它们是异名极，若互相排斥而转动时，则是同名极。磁铁相互之间有同性相斥、异性相吸的性质。不论是吸引或排斥，都显示有力的作用存在，这个力称为磁力。

凡是一根磁棒在其周围显示有磁力作用的空间，这个空间，称之为磁场。磁性体不论大小，在其周围空间或大或小都会产生相应范围的磁场，即有源必有场，有场必有源。

1.磁库仑定律

近代物理学中，是以电荷运动的观点讨论磁场的。但在磁法勘探中，我们仍以假想的磁荷、磁量、磁偶极子等古典理论为基础，这是因为应用磁荷的概念能将静电场的计算方法类似地运用于磁场的讨论，方法简单。因此，磁量等概念是辅助概念。

磁量两极磁性最强是由于两极是磁荷最集中处。我们规定，N极集中的是正磁荷，S极集中的是负磁荷。

1785年，库仑在实验的基础上，确立了两个点极间相互作用的规律，即库仑定律。该定律指出：两个点极间的斥力(或吸力)F与两点极的磁量的乘积成正比，与两点极间距离的平方成反比。即：

F=Qm1Qm2/4πμ0r2 (2-1)

式中：F为两个点磁极间磁力，单位：达因(dyn)；Qm1Qm2为两个点磁极的磁量；μ0为真空中的导磁率；r为两点磁极间的距离。真空中的导磁率μ0=4π×10-7H/m。

2.磁场强度及其单位

为了描述磁场性质(大小、方向)，引入了磁场强度这个概念。

磁场中某一点的磁场强度，就是在该点上设有一单位正磁荷所受的力。如果该点的磁量为+Qm，所受的力为F，则该点的磁场强度T的大小可用下式表示：

T=F/Qm (2-2)

T是个矢量，其方向即为该点所受F的方向。对于点磁荷磁场，磁场强度的方向是指向负磁荷磁源的，背离正磁荷磁源。

磁场强度T的单位在旧制(CGSM)中，通常以奥斯特表示，简写为“奥”或“Oe”，是指单位正磁荷在磁源磁场中某一点上所受的力为1dyn，则该点的磁场强度就是1Oe，更小的单位用“伽马”(γ)表示。1Oe=105γ。由于磁感应强度的单位高斯(Gs)与磁场强度单位特(T)有如下关系：B=μH。其中：H为任意点磁场强度；B为磁感应强度。μ在真空、空气、水及大部分沉积岩中等于1，故有B=H。即它们既有相同的量纲，数值也相等。所以有1γ=1nT(纳特)的表示式。但在SI制中，磁场强度单位为安培/米(A/m)，1Oe=

A/m，磁感应强度单位是特斯拉(T)，1T=104Gs=109nT。故H与B量纲与数值均不相等，不能混用。应说明的是，本章中除了物质磁化时用磁场强度外，其他地方涉及的地磁场均指磁感应强度。故可采用特·纳特等单位，即1γ≈1nT。

磁力线如果做个实验，将一条形磁铁平置于撒满铁屑的玻璃板下面，则可以看到板上的铁屑排列成图2-1所示的图像，针状铁屑的长轴顺着所处点的磁场方向。因为磁力线上各点的切线方向即为该点磁场强度的方向，其方向是指向负极、背向正极；相邻磁力线永不相交。磁力线的意义在于指出各点磁场强度的方向和数值的相对大小。如在两极磁力线相对密集，磁场强度值就大，中部磁力线相对稀少，场强相对较弱。

图2-1 磁力线

磁偶极子设有一条形磁铁，长2l(图2-2)，计算在两极连线延长线上，距离磁铁中心rcm的A点的磁场强度。根据库仑定律，TA应是磁铁两端+Qm与-Qm在A点的T+Q与T-Q的合向量。

当r≫l时，

普通物探

TA是指向磁铁的。

若有一点B，位于磁铁中垂线上(图2-3)，当 r≫l时，

，它的方向与条形磁铁平行，指向上方。

图2-2 条形磁铁磁轴延长线上的磁场

令m=2lQm(m叫磁矩，它的意义后述)，则：

普通物探

磁量相等而符号相反的两个距离很近(相对于测点来说)的点磁极，作为一个整体来看，称为磁偶极子。从上面的讨论可以看到，磁偶极子的磁场的特点是与距离的三次方成反比，在磁轴垂直线上的磁场强度为相同距离的中垂线上的磁场强度的两倍。须说明的是，在SI制中，在用磁荷量表达磁场强度的公式中，比旧制多乘一个因子

。用磁化强度表达磁场强度的公式中，比旧制多乘一个因子

，但不论旧制还是SI制，分别计算磁体参数的结果是相同的。

图2-3 条形磁铁中垂线上的磁场