[科普中国]-磁通密度

磁通密度是磁感应强度的一个别名，它表示垂直穿过单位面积的磁力线的多少。磁通量密度，简称磁通密度，它从数量上反映磁力线的疏密程度。磁场的强弱，通常用磁感应强度“B”来表示，哪里磁场越强，哪里B的数值越大，磁力线就越密。1

表达式与电场强度E由单位点电荷受电场力定义相类似，磁通量密度百也可以根据运动电荷在B中所受到的磁场力来定义。实验发现，一个电荷q以速度石在磁通量密度矢量场后中运动时会受到磁场力F。其数学语言可表达为（式1）：

其中，Fm、v、B均为向量，磁通量密度B的单位是特斯拉(T)或者是韦伯每平方米(Wb/m2)。从式1可以看出：B的大小等于1C电荷以1 m/s的速度在垂直于磁场方向上运动时所受到的力，其方向由电荷所受磁场力和运动方向共同确定。

如果一个电荷q以速度i在同时存在电场E和磁通量密度矢量场B的空间中运动时，所受到总的力为（式2）：

式2就是洛伦兹力方程(Lorentz force equation)，式中F、E、v、B均为向量。

需要指出的是，电荷受到的电场力为F，的作用，该电荷可以是运动或静止的，但磁场力F。只对运动电荷起作用。因为Fm总是垂直于电荷的运动方向的（v的方向），因此不消耗磁场能量，在B中所储存的磁场能不会转换成电荷的动能，因为磁场不能够改变电荷的运动速度的大小，只能够改变电荷运动的方向。

在自由空间中，电通量密度D和电场强度E由本构关系D=ε0E联系，同样在自南空间中磁通量密度B（也称磁感应强度）和磁场强度H也有本构关系（式3）： ，式中B、H均为向量

系数m称为自由空间的磁导率，其值为μ0=4π*107H/m

通过一个面S的磁通量等于在这个面上对B进行面积分。即（式4）： ，式中B、S均为向量。

磁通量φ的单位是韦伯(Wb)。式4中的点乘是为了把dS转换为在B横截面上的投影面积。因而B的幅度也被定义为“穿过单位横截面积上的磁通量”。

在静电场中我们已经知道电通量线总是从正电荷出发，而结束于负电荷。因此，如果一个封闭面包含净电荷，那么穿过这个面的电通量就不为零。相反，磁通量线总是自身封闭的，因为没有孤立的磁荷或者磁极。例如，即使试图把一个永磁体分解到原子尺度来获取单独的磁极，每一小块依然有南极和北极。

从毕奥一萨伐尔定律可以看出，微分电流元dl。产生的是同心圆式的磁力线。根据磁场的叠加原理，我们能够推测出：不管电流分布如何，其产生的磁场线总是封闭的线。这可由下面的高斯定律来阐释。

磁场的高斯定律：穿过一个封闭面的静磁通量总等于零，即（式5）：

式5可以认为是描述不存在单独磁荷的数学表达式，并且表明磁通量是守恒的。对式5应用散度定理，能够得到磁场的高斯定律的微分形式为：

上式是静磁场满足的两个基本方程之一。2

单位按照国际单位制，磁感应强度的单位是特斯拉(T)或者韦伯每平方米 （Wb/m^2）。

磁感应强度还有一个过时的单位：高斯，其符号为Gs：1 T = 10000 Gs。这个符号在技术设施中还广泛使用。通常条形磁铁两极附近的磁感应强度大约是几十到几百高斯。在处理与磁性有关问题时，除了要用到磁感应强度外，常常还要讨论穿过某一面积的磁力线数目，称做磁通量，简称磁通，用 Φ 示。磁通量的单位是韦伯，用Wb表示，以前还有麦克斯韦有Mx表示。如果磁场中某处的磁感应强度为B，在该处有一块与磁通垂直的面，它的面积为S，则穿过它的磁通量就是：

Φ = BS

式中磁通量的单位是麦克斯韦（Mx)。

磁感应强度B的单位是高斯（Gs）；面积S的单位是平方厘米；或者：

磁感应强度B的单位是特斯拉（T）；面积S的单位是平方米。

磁化(B-H)曲线如图所示，把横轴上的磁场强度H[AT/m]，纵轴上的磁通密度B[Wb/m2]所表示的曲线叫做磁化曲线，或B—H曲线。强磁性体的磁化曲线是由于磁饱和而成为磁饱和曲线的，但是，弱磁性体大体上成一条直线。

图1所示的回路中，减少电流，并随此而减少磁场时，磁通密度B也从图2(b)的口向b方减少；但是，在H=0点处，B并未变成零，还剩有ob。这个B值在取去磁场时，把磁性体所剩余的磁通密度叫做剩磁。电流流向反方向，使磁场方向相反时，B就逐渐减少，最终达到零。图中，oc的大小表示要保持磁极磁性的程度有多么大。把这叫做矫顽力。B并非由这时的H值所决定的，却是依前所经过的经历而有所不同。把这叫做磁滞。图(b)环路叫做磁滞回线。3

本词条内容贡献者为:

陈红 - 副教授 - 西南大学