磁场
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磁场(magnetic field)是一向量场,其描述对于移动电荷、电流[1][2]、磁性材料的磁影响(磁效应、磁作用)。在磁场中移动的电荷会受到垂直于其自身速度和垂直于磁场的力[3]。
在电磁学里,磁石、磁铁、电流及时变电场,都会产生磁场[4][5]。处于磁场中的磁性物质或电流,会因为磁场的作用而感受到磁力,因而显示出磁场的存在。磁场是一种向量场;磁场在空间里的任意位置都具有方向和数值大小[notes 1]。
磁铁与磁铁之间,透过各自产生的磁场,互相施加作用力和力矩于对方。运动中的电荷亦会产生磁场。磁性物质产生的磁场可以用电荷运动模型来解释[notes 2]。
当施加外磁场于物质时,磁性物质的内部会被磁化,会出现很多微小的磁偶极子。磁化强度估量物质被磁化的程度。知道磁性物质的磁化强度,就可以计算出磁性物质本身产生的磁场。产生磁场需要输入能量,当磁场被湮灭时,这能量可以再回收利用,因此,这能量被视为储存于磁场。
电场是由电荷产生的。电场与磁场有密切的关系;时变磁场会生成电场,时变电场会生成磁场。麦克斯韦方程组描述电场、磁场、产生这些向量场的电流和电荷,这些物理量之间的详细关系。根据狭义相对论,电场和磁场是电磁场的两面。设定两个参考系A和B,相对于参考系A,参考系B以有限速度移动。从参考系A观察为静止电荷产生的纯电场,在参考系B观察则成为移动中的电荷所产生的电场和磁场。
在量子力学中,科学家认为,纯磁场与纯电场是虚光子所造成的效应。以标准模型的术语来表达,光子是所有电磁作用的显现所依赖的媒介。对于大多数场景,无需使用微观的描述,使用经典理论即可;在低场能量状况,其中的差别是可以忽略的。
在古今社会里,很多对世界文明有重大贡献的发明都涉及到磁场的概念。地球能够产生自己的磁场,这在导航方面非常重要,因为指南针的指北极准确地指向位置在地球的地理北极附近的地磁北极。电动机和发电机的运作机制是倚赖磁铁转动使得磁场随着时间而改变。通过霍尔效应,可以给出物质的带电粒子的性质。磁路学专门研讨,各种各样像变压器一类的电子元件,其内部磁场的相互作用。