当前课程知识点：University Physics - Electricity and Magnetism > Chapter III Magnetic Fields > Lecture 22 Magnetic Fields > Lecture 22 Magnetic Fields
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讨论了电流之后，我们回到磁场的学习。
通过奥斯特实验的结果，我们已经认识到了电与磁的联系。
因此，这部分我们将采用类比法来学习磁场。
带电体产生了电场，我们用E来表示电场强度矢量。而磁铁周围有磁场，由于历史原因，我们用字母B来表示磁场，就是磁感强度矢量。
空间中某点磁场的方向为磁针在该点的指向。
像电场一样，我们也可以通过场线来形象地描绘磁场。请看这幅图。在条形磁铁周围我们放置一些小磁针。
小磁针在磁铁产生的磁场作用下进行有序排列。这样我们可以根据小磁针的排列情况，画出磁场线。
我们注意到，在磁铁外部，磁场线从北极发出指向南极。
这里我们利用磁铁周围铁屑的排列来演示磁场线的形状。小磁针静止时北极所指的方向规定为该点磁场的方向。
请看这些图。这是南极和北极相对形成的磁场线，我们发现它的形状与一对等量异号电荷形成的电场线极为相似。
而这个图展示的是同极相对形成的磁场线，其形状与两个同号的点电荷形成的电场线相似。
现在我们回顾如何定义电场。我们放置一个试验电荷在电场中的某一点，试验电荷在该点处受到电场力的作用。
于是我们定义该点的电场强度为试验电荷受到的电场力除以试验电荷, 即单位正试验电荷在该点受到的电场力为该点的电场强度。
类比于电场强度的定义，我们同样以试验电荷在磁场中某一点受到的磁场力来定量描述磁场B。
我们在磁场中某一点我们放置一个点电荷q，检测作用于该电荷的磁场力的大小和方向。
我们发现有些结果与电场力极为相似，而有些结果与电场力完全不同。
现在我们来检测电荷q受到的磁场力的大小。
首先，磁场力Fb的大小正比于试验电荷q. 第二，磁场力Fb的大小正比于磁感强度B的大小.
第三，磁场力Fb的大小正比于试验电荷的速率。第四，如果试验电荷速度矢量v与磁感强度B之间的夹角为θ，则磁场力Fb的大小正比于sinθ。
当电荷平行于磁场方向运动，Fb等于零。
那么磁场力的方向如何呢？
从实验发现，如果正负电荷运动的方向相同，那么正电荷受到的磁场力正好与负电荷受到的磁场力相反。
并且，磁场力Fb既垂直于粒子的速度v也垂直于磁场B, 即Fb垂直于v和B组成的平面。
这些实验结果表明作用于电荷的磁场力要比电场力复杂得多。
磁场力取决于电荷的速度，而且其方向既垂直于v也垂直于磁场B。
这幅图展示了带电粒子所受磁场力的方向的情况。
根据以上实验结果，我们归纳得到磁场力Fb与试验电荷q, 运动速度v和磁感强度B之间的关系表达式：Fb等于qv叉乘B.
根据这个矢量关系式，作用于电荷的磁场力的大小等于 qvB sinθ, θ为速度v和磁场B之间的夹角。
根据这个表达式，我们可以看出如果v平行或反平行于磁场B，磁场力为零。当v垂直于磁场B，磁场力最大，等于qvB。
因此，空间中某点的磁感强度B的大小由此式计算：B等于 Fb的最大值除以qv, 这个表达式类比于电场强度的表达式，E 等于Fe除以q.
磁感强度的国际单位为特斯拉，另一个普遍使用的单位是高斯。这是特斯拉和高斯的换算关系式。
我们通过运动电荷受到的磁场力来定义磁感强度。那么如何确定磁场力的方向？
请看这幅图。采用右手定则确定速度矢量v和磁感强度B叉乘的方向。
我们的四指指向v的方向，朝着B的方向弯曲，则大拇指的指向就是v叉乘B的方向。
因为Fb等于v叉乘B乘以q, 所以如果q是正电荷，则大拇指指的方向就是Fb的方向。如果q是负电荷，Fb的方向与大拇指指的方向相反。
下面，我们比较一下电荷受到的电场力和磁场力的区别：
首先，电场力与电场方向在同一直线上，而磁场力垂直于磁场方向；
第二，电荷无论静止或运动都会受到电场力的作用，而磁场力仅作用于运动电荷；
第三，电场力通过在电场中移动电荷，对电荷做功，而稳恒磁场的磁场力对电荷不做功，因为它总是垂直于电荷的速度。
因此，磁场力只改变电荷的运动方向，但不改变速度的大小或者电荷的动能。
现在请考虑磁场中的运动电荷，它会怎样运动？我们下一讲讨论这个问题。
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