磁場測量原理、磁場參數測量儀器

第一個指示地球磁極方向的磁羅盤出現在公元前三世紀的中國。這些設備採用磁性鐵礦石製成的短柄圓形鋼包形式。

將勺子的凸起部分放在光滑的銅質或木質表面上，上面刻有黃道十二宮的圖案，表示方位角。要激活指南針，輕輕按下勺子，它就會開始旋轉。最終，當勺子停下來時，它的手柄恰好是尖的 朝向地球的南磁極.

從十二世紀開始，歐洲的旅行者就開始積極使用指南針。它們安裝在陸地運輸和海上船隻上以確定磁偏差。

從十八世紀末開始，磁現象成為當時科學家們認真研究的對象。 1785年彭當提出了一種量化地球磁場強度的方法。 1832年高斯展示了通過更精確的測量確定磁場強度絕對值的可能性。

奧斯特於 1820 年首次建立了電荷運動過程中觀察到的磁現象和力效應之間的聯繫。麥克斯韋後來將這個關係寫成有理數形式—— 以數學方程式的形式 (1873):

迄今為止，以下技術用於測量磁場參數：

• 特斯拉計——測量力 H 值或磁場 B 感應值的裝置；

• webmeters — 測量磁通量 Ф 大小的儀器；

• 梯度計——測量磁場不均勻性的裝置。

也存在：

• 測量磁矩 M 的裝置；

• 測量矢量 B 方向的儀器；

• 測量各種材料磁常數的儀器。

磁感應矢量 B表徵強側作用的強度 磁場 （極點或電流）因此是其在給定空間點的主要特徵。

因此，所研究的磁場可以與磁鐵或電流元件發生強烈的相互作用，並且如果穿透電路的磁場隨時間發生變化，或者如果電路改變位置相對於磁場。

在感應磁場 B 中，長度為 dl 的載流元件將受到力 F 的作用，其值可以使用以下公式得出：

因此，所研究磁場的感應 B 可以通過力 F 找到，該力作用在給定長度 l 的導體上，具有已知值 I 的直流電，放置在該磁場中。

在實踐中，使用稱為磁矩的量可以方便地進行磁測量。磁矩 Pm 表徵了區域 S 與電流 I 的輪廓，磁矩的大小由下式確定：

如果使用 N 匝線圈，則其磁矩將等於：

磁相互作用力的機械力矩M可以根據磁力矩Pm和磁場感應B的值求得如下：

然而，要測量磁場，使用其機械力的表現並不總是很方便。幸運的是，還有另一種現象可以信賴。這就是電磁感應現象。電磁感應定律的數學形式如下：

因此，磁場表現為力或感應電動勢。在這種情況下，眾所周知，磁場本身的來源是電流。

如果已知在空間中給定點產生磁場的電流，則可以求出該點（距電流元件距離為 r）的磁場強度 使用 Biot-Savart-Laplace 定律:

需要注意的是，真空中的磁感應強度B與磁場強度H（由相應的電流產生）有如下關係：

SI 系統中的真空磁常數以安培為單位定義。對於任意介質，這個常數是給定介質中的磁感應強度與真空中的磁感應強度之比，這個常數稱為 介質的磁導率:

空氣的磁導率實際上與真空的磁導率一致；因此，對於空氣，磁感應強度 B 實際上與磁場應力 H 相同。

一種測量磁感應強度的裝置 在東北 — 特斯拉 [T]，在 CGS 系統中 — 高斯 [G]，1 T = 10000 G。用於確定磁場感應的測量設備稱為特斯拉計。

磁場強度 H 以安培每米 (A/m) 為單位測量，其中 1 安培/米定義為單位匝數密度的無限長螺線管在 1 安培螺線管電流流過時的磁場強度。安培每米可以換一種定義：它是電流為 1 安培、環路直徑為 1 米的圓形電路中心的磁場強度。

這裡值得注意的是感應磁通量 — F 等值。這是一個標量，在 SI 系統中以韋伯測量，在 CGS 系統中以麥克斯韋測量，1 μs = 0.00000001 Wb。 1 韋伯是一種磁通量，當它減小到零時，1 庫侖的電荷將通過連接有 1 歐姆電阻的導電電路。

如果我們將磁通量F作為初始值，那麼磁場感應強度B無非就是磁通密度。測量磁通量的設備稱為磁通計。

我們在上面注意到，磁感應可以由力（或機械力矩）或電路中感應的 EMF 來確定。這些就是所謂的直接測量轉換，其中磁通量或磁感應強度通過基本物理定律由與磁量唯一相關的另一個物理量（力、電荷、力矩、電位差）表示。

磁感應強度B或磁通量F通過電流I或長度l或半徑r的變換稱為逆變換。這種變換是根據 Biot-Savart-Laplace 定律，利用磁感應強度 B 和磁場強度 H 之間的已知關係進行的。