地磁学教学课件

在场源不变的 情况下，对于确定的点和 时刻，磁场的磁感应强度和磁位取定值; 在不同位置或不同时刻磁场的磁感应强 度和磁位取不同的值。
人们把不随时间变化，或变化非常缓慢 的磁场叫做静磁场或稳定磁场;
把不随空间位置变化的磁场叫做均匀磁 场。
2、磁感应强度 描述磁场的最基本的物理量是磁感应强
f qvB
式中，q为正电荷的带电量，v为电荷的 运动速度；f、v、B三者之间的方向关系， 遵守右手螺旋定则。
一个速度为v(v＜＜C，C为光速)的匀速 运动电荷q所激发的磁场可由下式确定:
B 0 qvr 4 r3
上式中r为电荷所在点至P点的距离(矢量).
与电场中的电力线类似，常采用磁感应线 (简 称磁力线)来形象地描绘磁场的空间分布。

§1 磁场的基础知识 一、磁场、磁感应强度与磁场强度
1、磁场 磁性：物质能够吸引铁的属性叫做磁性。
磁场：我们把存在着磁力作用的空间区域叫做 磁场。
场是一种看不见、摸不着的特殊的物质，但它 具有动量、能量和质量，其动量、能量和质量 都能够被检测出来。
对于场的物质性的认识，乃是物理学史上的一 块划时代的里程碑。
磁极之间的作用力(力与磁极强度乘积成 正比，与磁极间距离的平方成反比。用 公式表示其模值为:
f qm qm1
4 0r 2
而真空中点磁极的磁场强度F定义为: 单位正试验磁极在该点所受的力。其大小和方
向：
F f qm r
qm1 40r3
应该注意，磁场强度F与磁感应强度B这两个 物理量之间既有联系，又有差别。
地磁学
地球的电磁现象是重要的地球物理现象之一，它 可以反映上至太阳活动、行星际空间、磁层、电 离层，下至地壳、地慢、地核中发生的与电磁过 程有关的各种物理过程。
对地球电磁现象的实验、观测和研究，是认识高 空和地球内部介质的物性、组成、运动状态
和孕震过程的重要途径之一。
本章首先介绍磁场基础知识
3、磁偶极子的磁场强度 有了磁标位公式，就很容易求得偶极子
磁场强度的空间分布。
U 1U
F(rer re)
式中，er为径向单位矢量；eθ为切向单位矢 量。
当θ＝0或π时即得磁偶极子轴线上一 点的磁场强度: F 2M M
4r3 2r3
二、磁标位及其与磁场强度的关系 磁场是一个矢量，然而在静磁场中，我们
若引入标量磁位，就可以使分析计算问题 大大简化。 静磁场中点磁极的磁场强度与磁标位的表 达式:
F gradU F U
式中负号表示磁场强度的方向与磁标位增 长率最大的方向相反。
三、磁偶极子的磁位与场强 1、磁偶极子磁矩M 一切磁性体的N、S极总不是孤立出现的。 等值异号的两个点磁荷构成的系统，在
其间距离2l＜＜ 场源到观测点的距离时，
称为磁偶极子。 任何一个小磁针 (或条形磁铁)都可以视
为一个磁偶极子。
磁 两矩 极M的：距我离们2l之定乘义积两为磁磁极矩的M磁:荷量qm与
M＝2qml／ μ0
式中，M是一个矢量，其方向与l一致。
2、·磁偶极子场的磁位
偶极子场中任意一点的磁位为：
Uqm 42lc 0 r2 o sM 4 cr2 o sM 4r •3 r
式中， μr为介质的相对磁导率， μ称为 介质的磁导率。
对真空而言，M=0，故χm =0，
μr＝1， μr ＝ μ0 ，所以在真空中
B＝ μF
对于空气和其他非磁性物质来说，它们 的磁导率与真空的磁导率差不多，即
μ ≈ μ0
μr＝1
例如 铝的磁导率μ Al＝1.00002 μ0 ；
铜的磁导率μ Cu ＝0.99999 μ0
磁感应线上任何一点的切线方向即为该点的磁 场方向，在磁场强的地方磁感应线画得密些， 在磁场弱的地方磁感应线画得稀些，磁感应线 总是闭合曲线。
3、磁荷与磁场强度
对稳定磁场，还可仿照静电学中分析点电荷
和其电场强度的思路，引入“磁荷”和磁场强 度这两个辅助性概念，把N磁极当作是“正磁 荷"的集中点，S磁极是"负磁荷"的集中点，磁 荷的数量与磁极强度相当。
• Magnetism more complex - magnetic fields not central (like gravity) but vary with azimuth - No Magnetic Monopole (always at least a dipole).
一切磁性体的N、S极总不是孤立出现的， 库仑在实验中是采用很长的细磁针，实 现磁单极子效应，证明磁单板子之间力 的相互作用定律是: 同性磁极互相排斥， 异性磁极互相吸引；
度B，它是一个矢量。 测磁感应强度的仪器很多，如高斯计等。
对稳定磁场可用两种方法来分析: 一是分析稳定电流的磁场；
二是分析“磁荷” 的磁场。
“磁荷”是引入的辅助性概念。
两种处理方法在数学上是等效的，后者 更简单。
稳定电流的磁场:通过测量场中运动电荷 的受力情况，确定任意一点的磁感应强 度B，并用下式来定义:
目前已普遍使用国际单位制，在国际单 位制中：
磁感应强度B的单位为N/(A*m)，即牛 顿/(安培·米)，称为特斯拉，用T表示， 它与G和γ 的换算关系为：
1G = 10-4 T
gauss (G) = 10-4 T 1 γ＝10－9 T＝1nT（纳特）
Earth's field ~ 0.3-0.6 gauss
置于磁空间中介质的分子电流将受到磁场F的 作用，导致介质分子电流定向排列，呈现磁化 现象。
磁化的强弱程度用磁化强度M来表示，则总磁 场的B为:
B＝μ0F＋μ0M
M与F之间存在一定的函数关系，记为:
M＝χm F
这里χm 称为介质的磁化率。
经过简单运算，有：
B＝ μ0 μrF＝ μF
μr＝1＋ χm
凡μ ＞ μ0 的物质称为顺磁质;
而μ ＜ μ0 的物质称为抗磁质。
在地球物理文献中，过去使用电磁单位 (CGSM)制：
其中用G(高斯)单位或γ（伽马)表示磁感 应强度B；
用Oe(奥斯特)表示磁场强度F的大小。
在此单位制中空气和真空中的μ ≈ 1，所 以在空气中
B＝F
1G与1Oe在数值上相等。