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磁标势

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磁标势(英語:Magnetic scalar potential)是描述磁场性质的一个有用的辅助量,尤其是在永磁体中。

在一个单连通、没有自由电流的区域,有

这样,我们可以定义磁标势[1]:194-199

又因为

并且

这里,充当了磁场的“源”,看起来就像是电场中的角色。因此,类比束缚电荷,我们可以将

称为“束缚磁荷”(虽然到目前为止尚未发现有单独的磁荷存在)。

如有区域存在自由电流,则可以从总的磁场中减去自由电流的贡献,利用磁标势方法求得剩余量。

利用磁标势求解磁場

靜磁學裏,描述在源電流四周的另外一個很有用的工具是磁标势。由於磁标势是一個純量,不是向量,大多數時候,使用磁标势可以使得運算更加簡便。但是,它只能使用在沒有源電流的空間。注意到靜磁學的兩個基本方程式為

其中,磁場強度(H場)。

假設電流密度 等於零,則 ,H場是個保守場,必定存在一個函數 滿足

稱這函數為磁标势。在真空裏或各向同性、線性、均勻的介電質裏,則可將上述定義式代入高斯磁定律,稍加編排,表示為拉普拉斯方程式的形式:

對於任意連續場 ,其梯度的旋度為零。這意味著磁标势場不能存在有任何源電流。但是,實際而言,假若容許不連續線的存在於磁标势場(不連續點可以擁有兩種不同的數值),應用複分析,就可以計算源電流產生的磁場。這不連續線稱為割線line of cut)。當用磁标势來解析靜磁學問題時,源電流必須置放於割線。

鐵磁性物質的磁标势

鐵磁性物質或永久磁鐵裏,B場 磁化強度 與H場 之間的關係比較複雜:

應用高斯磁定律,

立可得到

可以視為磁場的源電流,就好似 靜電學束縛電荷一樣。這樣,類比束縛電荷,可以稱呼 為「束縛磁荷」。這樣,束縛磁荷的帕松方程式為

這帕松方程式的解答為

参考文献

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