学习目标 12.1.A: 描述磁场的性质。
- 12.1.A.1 磁场是一个矢量场,可用于确定作用在运动电荷、电流或磁性材料上的磁力。
- 12.1.A.1.i 磁场可由磁偶极子或偶极子的组合产生,但绝不可能由磁单极子产生。
- 12.1.A.1.ii 磁偶极子具有北极和南极极性。
- 12.1.A.2 磁场是一个矢量量,可以使用矢量场图来表示。
- 12.1.A.3 根据高斯磁定律,磁感线必须形成闭合回路。
- 12.1.A.3.i 麦克斯韦方程组是完整描述电磁学的方程集合。高斯磁定律是麦克斯韦的第二方程。
- 公式: $\oint \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0$
- 12.1.A.3.ii 条形磁铁内部的磁场形成闭合回路,外部磁场从一端(定义为北极)指向外,并返回到另一端(定义为南极)。
- 12.1.A.3.i 麦克斯韦方程组是完整描述电磁学的方程集合。高斯磁定律是麦克斯韦的第二方程。
学习目标 12.1.B: 描述由于材料中磁偶极子的排列配置而产生的材料磁行为。
- 12.1.B.1 磁偶极子源于电荷的圆周运动或旋转运动。在磁性材料中,这可以是电子的运动。
- 12.1.B.1.i 永磁性和感应磁性都是系统属性,均源于系统内磁偶极子的排列。
- 12.1.B.1.ii 单独分离出的北极从未被观测到。例如,如果将条形磁铁折断成两半,每一半都会成为磁偶极子。
- 12.1.B.1.iii 同极性的磁极相互排斥;异极性的磁极相互吸引。
- 12.1.B.1.iv 磁偶极子产生的磁场大小随距离偶极子距离的增加而减小。
- 12.1.B.2 置于磁场中的磁偶极子(如指南针)倾向于与磁场方向对齐。
- 12.1.B.3 材料的成分会影响其在外部磁场存在时的磁行为。
- 12.1.B.3.i 铁磁性材料(如铁、镍和钴)可以通过外部磁场永久磁化,该外部磁场会导致磁畴或原子磁偶极子的排列。
- 12.1.B.3.ii 顺磁性材料(如铝、钛和镁)与外部磁场相互作用较弱,即当外部磁场移除后,材料的磁偶极子不会保持排列状态。
- 12.1.B.3.iii 所有材料都具有抗磁性,即其电子结构通常会产生与外部磁场方向相反的磁矩弱排列。
- 12.1.B.4 地球磁场可近似为磁偶极子。
学习目标 12.1.C: 描述材料的磁导率。
- 12.1.C.1 磁导率是衡量材料在外部磁场作用下磁化程度的量度。
- 12.1.C.2 自由空间具有恒定的磁导率值,称为真空磁导率 $\mu_0$,它出现在表示物理关系的方程中。
- 12.1.C.3 物质的磁导率不同于自由空间的值,源于物质的成分和排列。它对于某种材料来说不是常数,并根据多种因素而变化,包括温度、方向和外部磁场的强度。

