图4:特斯拉汽车
图5:磁感应强度单位示意图
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度 ,是描述磁场 强弱和方向的物理量 ,常用符号B表示。数值越大表示磁感应越强。数值越小,表示磁感应越弱。
那1特斯拉究竟表示多大磁感应强度呢?根据公式B=F/IL(其中F为在磁场中垂直于磁场方向的通电导线所受的安培力,I为电流大小,L为导线长度)推导,我们得知将带有1A恒定电流 的直长导线垂直放在均匀磁场中,若导线每米长度上受到1N的力,则该均匀磁场的磁感应强度定义为1T。医院中常用的核磁共振就是根据设备磁感应强度的不同分为1.5T,3T,4T等型号。
图6:德国西门子公司生产的3T磁共振成像设备
相对而言,1T的磁感应强度也是相当大的,地球磁场的磁感应强度大概才是0.00005T~0.00006T。
特斯拉是国际单位制,在电磁单位系统中还有另外一种单位制——高斯单位制(Gaussian units)。高斯单位制也属于公制 ,它是从厘米-克-秒制衍生出来的。随着时光的流易,越来越多的国家开始逐渐放弃高斯单位制,改采用国际单位制。在大多数领域,国际单位制也是主要使用的单位制。目前,高斯单位制必须与国际单位制挂钩才有实验意义,因为只有国际单位制才对各个物理量有精确的定义。
在高斯单位制中表示磁感应强度的单位叫高斯(Gs)。它和特斯拉之间的换算关系是1T=10000Gs。所以地球磁场的磁感应强度也可以表示成0.5 Gs ~0.6 Gs。
高斯(Johann Carl Friedrich Gauß,1777-1855),是德国著名的数学家、物理学家、天文学家。然而凭1特斯拉=10000高斯,就能说两人之间的差距有这么大么?肯定是不能如此简单的类比了。
高斯被认为是历史上最重要的数学家之一,并享有“数学王子”之称。高斯一生的成就非常之多,单纯以“高斯”命名的数学概念就至少有几十个,如高斯分布、高斯曲率等,当属数学家中之最。
图7:“数学王子”高斯
除了数学之外,高斯在物理学、天文学等方面都创造了惊人的业绩,在电磁学方面取得的成绩尤为突出。高斯从1831年开始进行电磁学的实验研究。1833年,他建成一座地磁观察台,成为当时观察研究磁偏角变化的中心。同时,他与我们将在下文提到的另一位物理学家韦伯合作,成功研制了德国第一台电磁电报设备。1839年,他确立了静电场中的最基本的一个定理:高斯定理。
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1 磁通量(Φ)的国际单位:韦伯(符号Wb)
韦伯(Wilhelm Eduard Weber,1804-1891),德国著名的物理学家。1843年,韦伯被莱比锡大学 聘为物理学教授,之后,韦伯对电磁作用 的基本定律进行了研究。