磁场测量原理、磁场参数测量仪器

第一个指示地球磁极方向的磁罗盘出现在公元前三世纪的中国。这些设备采用磁性铁矿石制成的短柄圆形钢包形式。

将勺子的凸起部分放在光滑的铜质或木质表面上，上面刻有黄道十二宫的图案，表示方位角。要激活指南针，轻轻按下勺子，它就会开始旋转。最终，当勺子停下来时，它的手柄恰好是尖的 朝向地球的南磁极.

从十二世纪开始，欧洲的旅行者就开始积极使用指南针。它们安装在陆地运输和海上船只上，以确定磁偏差。

从十八世纪末开始，磁现象成为当时科学家们认真研究的对象。 1785年彭当提出了一种量化地球磁场强度的方法。 1832年高斯展示了通过更精确的测量确定磁场强度绝对值的可能性。

奥斯特于 1820 年首次建立了电荷运动过程中观察到的磁现象和力效应之间的联系。麦克斯韦后来将这个关系写成有理数形式—— 以数学方程式的形式 (1873):

迄今为止，以下技术用于测量磁场参数：

• 特斯拉计——测量力 H 值或磁场 B 感应值的装置；

• webmeters — 测量磁通量 Ф 大小的仪器；

• 梯度计——测量磁场不均匀性的装置。

也存在：

• 用于测量磁矩 M 的装置；

• 测量矢量 B 方向的仪器；

• 测量各种材料磁常数的仪器。

磁感应矢量 B表征强侧作用的强度 磁场 （极点或电流）因此是其在给定空间点的主要特征。

因此，所研究的磁场可以与磁铁或电流元件发生强烈的相互作用，并且如果穿透电路的磁场随时间发生变化，或者如果电路改变位置相对于磁场。

在感应磁场 B 中，长度为 dl 的载流元件将受到力 F 的作用，其值可以使用以下公式得出：

因此，所研究磁场的感应 B 可以通过力 F 找到，该力作用在给定长度 l 的导体上，具有已知值 I 的直流电，放置在该磁场中。

在实践中，使用称为磁矩的量可以方便地进行磁测量。磁矩 Pm 表征了区域 S 与电流 I 的轮廓，磁矩的大小由下式确定：

如果使用 N 匝线圈，则其磁矩将等于：

磁相互作用力的机械力矩M可以根据磁矩Pm和磁场感应B的值求得如下：

然而，要测量磁场，使用其机械力的表现并不总是很方便。幸运的是，还有另一种现象可以信赖。这就是电磁感应现象。电磁感应定律的数学形式如下：

因此，磁场表现为力或感应电动势。在这种情况下，众所周知，磁场本身的来源是电流。

如果已知在空间中给定点产生磁场的电流，则可以求出该点（距电流元件距离为 r）的磁场强度 使用 Biot-Savart-Laplace 定律:

需要注意的是，真空中的磁感应强度B与磁场强度H（由相应的电流产生）有如下关系：

SI 系统中的真空磁常数以安培为单位定义。对于任意介质，这个常数是给定介质中的磁感应强度与真空中的磁感应强度之比，这个常数称为 介质的磁导率:

空气的磁导率实际上与真空的磁导率一致；因此，对于空气，磁感应强度 B 实际上与磁场应力 H 相同。

一种测量磁感应强度的装置 在东北 — 特斯拉 [T]，在 CGS 系统中 — 高斯 [G]，1 T = 10000 G。用于确定磁场感应的测量设备称为特斯拉计。

磁场强度 H 以安培每米 (A/m) 为单位测量，1 安培/米定义为单位匝数密度的无限长螺线管在 1 安培螺线管电流流过时的磁场强度。安培每米可以换一种定义：它是电流为1安培、环路直径为1米的圆形电路中心的磁场强度。

这里值得注意的是感应磁通量 — F 等值。这是一个标量，在 SI 系统中以韦伯测量，在 CGS 系统中以麦克斯韦测量，1 μs = 0.00000001 Wb。 1 韦伯是一种磁通量，当它减小到零时，1 库仑的电荷将通过连接有 1 欧姆电阻的导电电路。

如果我们将磁通量F作为初始值，那么磁场感应强度B无非就是磁通密度。测量磁通量的设备称为磁通计。

我们在上面注意到，磁感应可以由力（或机械力矩）或电路中感应的 EMF 来确定。这些就是所谓的直接测量转换，其中磁通量或磁感应强度通过基本物理定律由与磁量唯一相关的另一个物理量（力、电荷、力矩、电位差）表示。

磁感应强度B或磁通量F通过电流I或长度l或半径r的变换称为逆变换。这种变换是根据 Biot-Savart-Laplace 定律，利用磁感应强度 B 和磁场强度 H 之间的已知关系进行的。