载流线圈的磁场

如果静电场存在于静止电荷周围的空间，那么在运动电荷周围的空间（以及麦克斯韦最初提出的时变电场周围）也存在 磁场……这很容易通过实验观察到。

由于磁场，电流相互作用，永磁体和电流与磁铁相互作用。与电相互作用相比，磁相互作用要强得多。 André-Marie Ampère 在适当的时候研究了这种相互作用。

在物理学中，磁场特性是 磁感应 B越大，磁场越强。磁感应强度 B 是一个矢量，它的方向与磁场中某点放置的常规磁箭头的北极所受力的方向一致——磁场会使磁箭头指向矢量方向B，即磁场方向。

磁感应线上任一点的矢量 B 都切向指向它。即感应强度B表征磁场对电流的力作用。电场的力 E 也起着类似的作用，它表征了电场对电荷的强烈作用。

最简单的铁屑实验可以让你清楚地演示磁场对磁化物体的作用现象，因为在恒定磁场中，铁磁体的小块（这样的碎片是铁屑）沿磁场被磁化，磁性箭头，就像指南针的小箭头。

如果你拿一根垂直的铜线穿过水平放置的纸（或有机玻璃或胶合板）上的孔，然后将金属屑倒在纸上，稍微摇晃一下，然后让直流电通过电线，很容易看出铁屑如何以涡流的形式围绕电线绕圈，在垂直于其中电流的平面内。

这些锯屑圈将只是载流导体磁场的磁感应线 B 的常规表示。本实验中的圆心将恰好位于载流导线轴线的中心。

载流导线中磁感应矢量的方向很容易确定 通过手钻规则 或根据右手螺旋定则：随着螺旋轴沿导线中电流方向的平移运动，螺旋或万向节手柄的旋转方向（旋入或旋出）将指示导线的方向电流周围的磁场。

为什么应用万向节规则？因为两个麦克斯韦方程中使用的转子的功（在场论中用衰减表示）可以正式地写成矢量积（使用算子 nabla），最重要的是因为矢量场的转子可以比作 ( 是一个类比）到理想流体的旋转角速度（如麦克斯韦自己想象的那样），其流速场表示给定的矢量场，可以通过为角速度描述的这些规则公式用于转子。

因此，如果您将拇指朝矢量场涡流的方向转动，它就会朝该场转子矢量的方向旋转。

如您所见，与空间中开放的静电场强度线不同，电流周围的磁感应线是闭合的。如果电场强度线 E 以正电荷开始并以负电荷结束，那么磁感应线 B 就简单地闭合在产生它们的电流周围。

现在让我们把实验复杂化。考虑用电流弯曲而不是直的电流。假设我们可以方便地将这样一个环路垂直于绘图平面放置，电流在左侧流向我们，在右侧流向我们。如果现在将一个带有磁针的罗盘放在电流环路内，那么磁针将指示磁感应线的方向——它们将沿着环路的轴方向。

为什么？由于线圈平面的相对侧类似于磁针的两极。B 线离开的地方是北磁极，在那里它们进入南极。如果您首先考虑载流导线及其磁场，然后将导线简单地绕成一个环，这就很容易理解了。

为了确定通电回路的磁感应方向，他们还使用万向节定则或右手螺旋定则。将万向架的尖端放在环的中心并顺时针旋转。万向节的平移运动将与环中心的磁感应矢量 B 的方向一致。

显然，电流磁场的方向与导线中电流的方向有关，无论是直导线还是线圈。

一般认为，载流线圈或线圈中磁感应线 B 出射（矢量 B 方向向外）的一侧为北磁极，磁感应线进入（矢量 B 方向向内）的一侧为磁北极。南磁极。

如果通电的许多匝组成一个长线圈——螺线管（线圈的长度是其直径的许多倍），则其内部的磁场是均匀的，即磁感应线B相互平行且具有沿线圈的整个长度具有相同的密度。顺便提及，永磁体的磁场在外部类似于通电线圈的磁场。

对于电流为 I、长度为 l、匝数为 N 的线圈，真空中的磁感应强度在数值上等于：

因此，带电流的线圈内部的磁场是均匀的，并且从南极指向北极（在线圈内部！）。线圈内的磁感应强度与载流线圈每单位长度的安匝数成模数正比。