了解了CGS、MKS、SI三套單位的由來後
(嚴格說起來只有CGS和MKS兩套,SI是由MKSA改進來的)
接下來就可以看看磁場單位為甚麼這麼多了
首先要先知道磁場在物理上的意義
從源頭來說,產生磁場的原因可能有三
運動電荷(電流)、磁性材料、變化的電場等
若我們將這些可能的因素都考量進去所得到的磁場大小就是所謂的磁感應強度(Magnetic Induction)或磁通量密度(Magnetic Flux Density)
也就是所謂的B場
一般我們常說的磁場通常指的就是B場
MKS的定義就是
1m的導線若通過1A的電流,此導線在垂直磁場中所受到的勞倫茲力
B場單位就是特斯拉,T
因此 1T = 1 N/A‧m
若為CGS制就是高斯,G(不意外,是吧)
1cm的導線若通過1 abA的電流,此導線在垂直磁場中所受到的勞倫茲力
1G = 1dyne/abA‧cm (abA是絕對安培)
但在電磁學中,我們更在意的是導線通電後所產生的磁場大小
這個單純因為載流導線(運動電荷)所產生的磁場稱為磁場強度(Magnetic Field Strength)
也就是H場
從安培定律來看,H場和電流成正比,和導線距離成反比
因此H場在MKS制中有了一個很特別的單位,A/m
這個單位單純只表明了安培定律的數學關係,沒有物理意義
和歐姆(V/A)的概念很像
但高斯派(CGS)就不是這麼說了
還記得我們在上一篇說到,高斯派想利用庫倫定律的概念制定磁場大小
庫倫定律是指兩個點電荷在真空中所受到的交互作用力
庫倫同時假設也有一個和電荷一樣可以獨立存在的磁極,稱為磁荷(或磁單極,(Magnetic monopole)
高斯派就引用庫倫的概念,將H場定義為兩個點磁荷在真空中所受到的交互作用力
這個力在CGS裡的單位是達因(dyne)
H場的CGS單位就是厄斯特,Oe
1 Oe = 1 達因/磁荷
那如果再把磁性材料所貢獻的磁場單獨拿出來就是所謂的磁極化強度(Magnetization)
簡稱M場
M場產生的原因和材料本身的性質有絕對的關係
在電磁學的實際應用中,通常都是因為電流磁效應使得磁性材料內部的磁偶極矩順向所產生
因此M場的單位在MKS裡和H場相同,都是A/m
但CGS就直接用磁偶極矩來描述了
單位erg/G‧cm³,單位體積的磁偶極矩
其中磁偶極矩在CGS指的是erg/G,爾格/高斯
至於變動的電場所產生的磁場
可以視為H場的一種特殊情況
當這個場內部有一區電荷分布不均產生了電場
例如將電容充電,電容內部就有一個電場
這個電場若產生變化
一樣會產生一個等同產生磁場的電流,稱為位移電流 (Displacement Current)
因此馬克士威就把這個等效電流併入H場內的電流一起計算
當作是H場的一部份
所以磁場...真的很難
待續