磁力与磁偶极子

磁场对运动电荷和电流施加力，并施加扭矩以使磁偶极子对齐。

Definition

磁力是洛伦兹力中作用于运动电荷和电流的速度相关部分；磁偶极子以其偶极矩为特征，会受到使其与磁场对齐的扭矩，并在非均匀磁场中受到力。

Scope

本主题涵盖洛伦兹力中作用于运动电荷的磁力部分、作用于载流导体的力和扭矩、磁偶极矩及其在磁场中的能量、力和扭矩，以及偶极子产生的磁场。它包括磁力为何不做功以及远距离电流环的偶极子近似。

Core questions

• 磁场如何使运动电荷和载流导线偏转？
• 为什么磁力不对点电荷做功？
• 磁偶极子如何响应均匀和非均匀磁场？

Key concepts

• 洛伦兹力
• 回旋运动
• 电流上的力
• 磁偶极矩
• 偶极子上的扭矩
• 偶极场

Key theories

洛伦兹力（磁力部分）

在磁场中运动的电荷会感受到一个垂直于其速度和磁场的力，导致圆形或螺旋运动；因为它总是垂直于速度，所以磁力不做功。

磁场中的磁偶极子

电流环表现为磁偶极子，会受到使其与磁场对齐的扭矩，并在非均匀磁场中受到净力；其远场具有普遍的偶极子形式。

Clinical relevance

磁力驱动电动机、质谱仪、回旋加速器和霍尔效应传感器，而磁偶极子相互作用是指南针行为、磁共振和磁性材料对齐的基础。

History

安培在19世纪20年代描述了电流之间的力，并将磁性建模为由循环电流引起。洛伦兹在1900年左右阐明了作用于电荷的速度相关力，完善了后来被称为洛伦兹力的经典图景。

Key figures

• Hendrik Lorentz
• André-Marie Ampère
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• griffiths2017

Frequently asked questions

为什么磁力不做功？

作用于电荷的磁力总是垂直于其速度，因此它改变的是运动方向而不是速度，从而不向电荷传递能量。

什么是磁偶极矩？

它是一个表征小电流环或磁体的矢量，对于电流环来说等于电流乘以环面积；它决定了物体在磁场中感受到的扭矩以及它产生的偶极场的强度。