磁場(chǎng)（Magnetic field）,，物理概念，是指?jìng)鬟f實(shí)物間磁力作用的場(chǎng),。磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)著的微小粒子構(gòu)成的,，在現(xiàn)有條件下看不見(jiàn)、摸不著,。磁場(chǎng)具有粒子的輻射特性,。磁體周圍存在磁場(chǎng)，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的,，所以兩磁體不用在物理層面接觸就能發(fā)生作用,。由于磁體的磁性來(lái)源于電流，電流是電荷的運(yùn)動(dòng),，因而概括地說(shuō),，磁場(chǎng)是相對(duì)于觀測(cè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的電荷的運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)的強(qiáng)度與速度，帶來(lái)的觀測(cè)點(diǎn)處電荷所受力的變化的表現(xiàn),。

用現(xiàn)代物理的觀點(diǎn)來(lái)考察,，物質(zhì)中能夠形成電荷的終極成分只有電子（帶單位負(fù)電荷）和質(zhì)子（帶單位正電荷），因此負(fù)電荷就是帶有過(guò)剩電子的帶電物體,，正電荷就是帶有過(guò)剩質(zhì)子的帶電物體,。運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)的真正場(chǎng)源是運(yùn)動(dòng)電子或運(yùn)動(dòng)質(zhì)子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。例如電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就是在導(dǎo)線中運(yùn)動(dòng)的電子所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

漢語(yǔ)解釋

1.傳遞實(shí)物間磁力作用的場(chǎng),。

2.借指有巨大吸引力的場(chǎng)所,。《花城》1981年第6期：“離開(kāi)祖國(guó)已有兩個(gè)半月,，那邊有我的依戀,，我怎么能留下呢？但這里卻出現(xiàn)了一個(gè)磁場(chǎng),?！?/p>

磁現(xiàn)象

永磁體——磁鐵的性質(zhì)

永磁體具有磁性（magnetism），能吸引鐵,、鈷,、鎳等物質(zhì)；

永磁體具有磁極（magnetic pole）,，分磁北極（也叫做“N極”）和磁南極（也叫做“S極”）,；

磁極之間存在相互作用，同性相斥,，異性相吸,；

磁極不能單獨(dú)存在。

歷史沿革

最早出現(xiàn)的幾副磁場(chǎng)繪圖之一,，繪者為勒內(nèi)·笛卡爾，1644年,。

雖然很早以前,，人類就已知道磁石和其奧妙的磁性，最早出現(xiàn)的幾個(gè)學(xué)術(shù)性論述之一,，是由法國(guó)學(xué)者皮?！さ埋R立克（Pierre de Maricourt）于公元1269年寫(xiě)成。德馬立克仔細(xì)標(biāo)明了鐵針在塊型磁石附近各個(gè)位置的定向,，從這些記號(hào),，又描繪出很多條磁場(chǎng)線。他發(fā)現(xiàn)這些磁場(chǎng)線相會(huì)于磁石的相反兩端位置,，就好像地球的經(jīng)線相會(huì)于南極與北極,。因此，他稱這兩位置為磁極,。幾乎三個(gè)世紀(jì)后,，威廉·吉爾伯特主張地球本身就是一個(gè)大磁石，其兩個(gè)磁極分別位于南極與北極,。出版于1600年,，吉爾伯特的巨著《論磁石》（De Magnete）開(kāi)創(chuàng)磁學(xué)為一門(mén)正統(tǒng)科學(xué)學(xué)術(shù)領(lǐng)域。

于1824年，西莫恩·泊松發(fā)展出一種物理模型,，比較能夠描述磁場(chǎng),。泊松認(rèn)為磁性是由磁荷產(chǎn)生的，同類磁荷相排斥,，異類磁荷相吸引,。他的模型完全類比現(xiàn)代靜電模型；磁荷產(chǎn)生磁場(chǎng),，就如同電荷產(chǎn)生電場(chǎng)一般,。這理論甚至能夠正確地預(yù)測(cè)儲(chǔ)存于磁場(chǎng)的能量。

盡管泊松模型有其成功之處,，這模型也有兩點(diǎn)嚴(yán)重瑕疵,。第一，磁荷并不存在,。將磁鐵切為兩半,，并不會(huì)造成兩個(gè)分離的磁極，所得到的兩個(gè)分離的磁鐵,，每一個(gè)都有自己的指南極和指北極,。第二，這模型不能解釋電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的奇異關(guān)系,。

于1820年,，一系列的革命性發(fā)現(xiàn)，促使開(kāi)啟了現(xiàn)代磁學(xué)理論,。首先,，丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特于7月發(fā)現(xiàn)載流導(dǎo)線的電流會(huì)施加作用力于磁針，使磁針偏轉(zhuǎn)指向,。稍后,，于9月，在這新聞抵達(dá)法國(guó)科學(xué)院僅僅一周之后,，安德烈·瑪麗·安培成功地做實(shí)驗(yàn)展示出,，假若所載電流的流向相同，則兩條平行的載流導(dǎo)線會(huì)互相吸引,；否則,，假若流向相反，則會(huì)互相排斥,。緊接著,，法國(guó)物理學(xué)家讓·巴蒂斯特·畢奧和菲利克斯·沙伐于10月共同發(fā)表了畢奧-薩伐爾定律；這定律能夠正確地計(jì)算出在載流導(dǎo)線四周的磁場(chǎng),。1825年,，安培又發(fā)表了安培定律,。這定律也能夠描述載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)。更重要的,，這定律幫助建立整個(gè)電磁理論的基礎(chǔ),。于1831年，麥可·法拉第證實(shí),，隨著時(shí)間演進(jìn)而變化的磁場(chǎng)會(huì)生成電場(chǎng),。這實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示出電與磁之間更密切的關(guān)系。

從1861年到1865之間,，詹姆斯·麥克斯韋將經(jīng)典電學(xué)和磁學(xué)雜亂無(wú)章的方程加以整合,，發(fā)展成功麥克斯韋方程組。最先發(fā)表于他的1861年論文《論物理力線》,，這方程組能夠解釋經(jīng)典電學(xué)和磁學(xué)的各種現(xiàn)象,。在論文里，他提出了“分子渦流模型”,，并成功地將安培定律加以延伸,，增加入了一個(gè)有關(guān)于位移電流的項(xiàng)目，稱為“麥克斯韋修正項(xiàng)目”,。由于分子渦包具有彈性,，這模型可以描述電磁波的物理行為。因此,，麥克斯韋推導(dǎo)出電磁波方程,。他又計(jì)算出電磁波的傳播速度，發(fā)現(xiàn)這數(shù)值與光速非常接近,。警覺(jué)的麥克斯韋立刻斷定光波就是一種電磁波,。后來(lái)，于1887年,，海因里希·魯?shù)婪颉ず掌澴鰧?shí)驗(yàn)證明了這事實(shí),。麥克斯韋統(tǒng)一了電學(xué),、磁學(xué)、光學(xué)理論,。

雖然,，有了極具功能的麥克斯韋方程組，經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)基本上已經(jīng)完備,，在理論方面,，二十世紀(jì)帶來(lái)了更多的改良與延伸。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦,，于1905年,，在他的論文里表明,，電場(chǎng)和磁場(chǎng)是處于不同參考系的觀察者所觀察到的同樣現(xiàn)象（幫助愛(ài)因斯坦發(fā)展出狹義相對(duì)論的思想實(shí)驗(yàn)，關(guān)于其詳盡細(xì)節(jié),，請(qǐng)參閱移動(dòng)中的磁鐵與導(dǎo)體問(wèn)題）,。后來(lái)，電動(dòng)力學(xué)又與量子力學(xué),、狹義相對(duì)論合并為量子電動(dòng)力學(xué),。

1820年丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)在通電的導(dǎo)體周圍存在著磁場(chǎng)，從而知道了電和磁相互依存的關(guān)系,。由導(dǎo)體中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的極性和電流的流動(dòng)方向有關(guān),，它服從右手法則。

產(chǎn)生原理

由于經(jīng)典物理中不使用基本粒子的概念來(lái)研究磁場(chǎng)問(wèn)題,，致使電磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)都將產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因定義為點(diǎn)電荷的定向運(yùn)動(dòng),，并將磁鐵的成因解釋為磁疇。現(xiàn)代物理表明,，任何物質(zhì)的終極結(jié)構(gòu)組成都是電子（帶單位負(fù)電荷）,，質(zhì)子（帶單位正電荷）和中子（對(duì)外顯示電中性）。點(diǎn)電荷就是含有過(guò)剩電子（帶單位負(fù)電荷）或質(zhì)子（帶單位正電荷）的物質(zhì)點(diǎn),，因此電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因只能歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電子產(chǎn)生磁場(chǎng),。

一個(gè)靜止的電子具有靜止電子質(zhì)量和單位負(fù)電荷，因此對(duì)外產(chǎn)生引力和單位負(fù)電場(chǎng)力作用,。當(dāng)外力對(duì)靜止電子加速并使之運(yùn)動(dòng)時(shí),，該外力不但要為電子的整體運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)能，還要為運(yùn)動(dòng)電荷所產(chǎn)生的磁場(chǎng)提供磁能,?？梢?jiàn)，磁場(chǎng)是外力通過(guò)能量轉(zhuǎn)換的方式在運(yùn)動(dòng)電子內(nèi)注入的磁能物質(zhì),。電流產(chǎn)生磁場(chǎng)或帶負(fù)電的點(diǎn)電荷產(chǎn)生磁場(chǎng)都是大量運(yùn)動(dòng)電子產(chǎn)生磁場(chǎng)的宏觀表現(xiàn),。

同樣道理，由一個(gè)運(yùn)動(dòng)的帶正電的點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的磁場(chǎng),，是其中過(guò)剩的質(zhì)子從外力所獲取的磁能物質(zhì)的宏觀體現(xiàn),。但其磁能物質(zhì)又分別依附于其中帶有電荷的夸克。

傳遞運(yùn)動(dòng)電荷或電流之間相互作用的物理場(chǎng),，由運(yùn)動(dòng)電荷或電流產(chǎn)生,，同時(shí)對(duì)產(chǎn)生場(chǎng)中其它運(yùn)動(dòng)電荷或電流發(fā)生力的作用。磁場(chǎng)是物質(zhì)的一種形態(tài),。

磁鐵與磁鐵之間,，通過(guò)各自產(chǎn)生的磁場(chǎng)，互相施加作用力和力矩于對(duì)方,。運(yùn)動(dòng)中的電荷會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),。磁性物質(zhì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以用電荷運(yùn)動(dòng)模型來(lái)解釋,。

電場(chǎng)是由電荷產(chǎn)生的。電場(chǎng)與磁場(chǎng)有密切的關(guān)系,；有時(shí)磁場(chǎng)會(huì)生成電場(chǎng),，有時(shí)電場(chǎng)會(huì)生成磁場(chǎng)。麥克斯韋方程組可以描述電場(chǎng),、磁場(chǎng),、產(chǎn)生這些矢量場(chǎng)的電流和電荷，這些物理量之間的詳細(xì)關(guān)系,。根據(jù)狹義相對(duì)論,，電場(chǎng)和磁場(chǎng)是電磁場(chǎng)的兩面。設(shè)定兩個(gè)參考系A(chǔ)和B,，相對(duì)于參考系A(chǔ),，參考系B以有限速度移動(dòng)。從參考系A(chǔ)觀察為靜止電荷產(chǎn)生的純電場(chǎng),，在參考系B觀察則成為移動(dòng)中的電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng),。

基本特點(diǎn)

與電場(chǎng)相仿，磁場(chǎng)是在一定空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)分布的向量場(chǎng),，描述磁場(chǎng)的基本物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B,，也可以用磁感線形象地表示。然而,，作為一個(gè)矢量場(chǎng),，磁場(chǎng)的性質(zhì)與電場(chǎng)頗為不同。

運(yùn)動(dòng)電荷或變化電場(chǎng)產(chǎn)生的磁場(chǎng),，或兩者之和的總磁場(chǎng),，都是無(wú)源有旋的矢量場(chǎng)，磁力線是閉合的曲線簇,，不中斷,，不交叉。換言之,，在磁場(chǎng)中不存在發(fā)出磁力線的源頭,，也不存在會(huì)聚磁力線的尾閭，磁力線閉合表明沿磁力線的環(huán)路積分不為零,，即磁場(chǎng)是有旋場(chǎng)而不是勢(shì)場(chǎng)（保守場(chǎng)）,，不存在類似于電勢(shì)那樣的標(biāo)量函數(shù),。

在量子力學(xué)里,，科學(xué)家認(rèn)為，純磁場(chǎng)（和純電場(chǎng)）是虛光子所造成的效應(yīng),。以標(biāo)準(zhǔn)模型的術(shù)語(yǔ)來(lái)表達(dá),，光子是所有電磁作用的顯現(xiàn)所依賴的媒介,。在低場(chǎng)能量狀況，其中的差別是可以忽略的,。

磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)性

磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)相對(duì)性是指與場(chǎng)源同速運(yùn)動(dòng)的觀察者及其檢測(cè)儀器都不能測(cè)到運(yùn)動(dòng)中的場(chǎng)源所產(chǎn)生的磁場(chǎng),，而與場(chǎng)源不同速時(shí)則可測(cè)到場(chǎng)源的磁場(chǎng)。例如在地球表面參考系中,，我們測(cè)定靜止于地球表面的電子不產(chǎn)生磁場(chǎng),，但是這個(gè)靜止于地球表面的電子卻在不停地隨同地表進(jìn)行自轉(zhuǎn)并圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。又例如,，使導(dǎo)線對(duì)外產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流是大量電子定向運(yùn)動(dòng)的結(jié)果,。該載流導(dǎo)線在對(duì)外產(chǎn)生磁場(chǎng)的同時(shí)，其中的每一個(gè)運(yùn)動(dòng)電子并不被與其同行的其它電子的磁場(chǎng)所干擾,，因?yàn)樗型械碾娮佣季哂型却呕鵁o(wú)法感受到其它電子磁場(chǎng)的存在,。

主要功能

磁場(chǎng)是對(duì)放入其中的磁體有磁力的作用的物質(zhì)，磁場(chǎng)的基本特征是能對(duì)其中的運(yùn)動(dòng)電荷施加作用力,，即通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)的作用力,。磁場(chǎng)對(duì)電流、對(duì)磁體的作用力或力距皆源于此,。而現(xiàn)代理論則說(shuō)明,，磁力是電場(chǎng)力的相對(duì)論效應(yīng)，受到磁性影響的區(qū)域,，顯示出穿越該區(qū)域的電荷或置于該區(qū)域中的磁極會(huì)受到機(jī)械力的作用,。

當(dāng)施加外磁場(chǎng)于物質(zhì)時(shí)，磁性物質(zhì)的內(nèi)部會(huì)被磁化,，會(huì)出現(xiàn)很多微小的磁偶極子,。磁化強(qiáng)度估量物質(zhì)被磁化的程度。知道磁性物質(zhì)的磁化強(qiáng)度,，就可以計(jì)算出磁性物質(zhì)本身產(chǎn)生的磁場(chǎng),。創(chuàng)建磁場(chǎng)需要輸入能量。當(dāng)磁場(chǎng)被湮滅時(shí),，這能量可以再回收利用,，因此，這能量被視為儲(chǔ)存于磁場(chǎng),。

磁體周圍存在磁場(chǎng),，磁體間的相互作用就是以磁場(chǎng)作為媒介的。電流,、運(yùn)動(dòng)電荷,、磁體或變化電場(chǎng)周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。由于磁體的磁性來(lái)源于電流,，電流是電荷的運(yùn)動(dòng),，因而概括地說(shuō),，磁場(chǎng)是由運(yùn)動(dòng)電荷或變化電場(chǎng)產(chǎn)生的。

磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來(lái)表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向的物理量,，是矢量,，用符號(hào)B表示。單位為T(mén)（特斯拉）,，1T=1N/A·m,。對(duì)放入其中的小磁針有磁力的作用的物質(zhì)叫做磁場(chǎng)。磁場(chǎng)是一種看不見(jiàn),，而又摸不著的特殊物質(zhì),。

磁場(chǎng)的方向

規(guī)定小磁針的北極在磁場(chǎng)中某點(diǎn)所受磁場(chǎng)力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)磁場(chǎng)的方向。在磁體外部,，磁感線從北極出發(fā)到南極的方向,，在磁體內(nèi)部是由南極到北極，在外可表現(xiàn)為磁感線的切線方向或放入磁場(chǎng)的小磁針在靜止時(shí)北極所指的方向,。磁場(chǎng)的南北極與地理的南北極正好相反,，且一端的兩種極之間存在一個(gè)偏角，稱為磁偏角,。磁偏角不斷地發(fā)生緩慢變化,。掌握磁偏角的變化對(duì)于應(yīng)用指南針指向具有重要意義。磁偏角最早是由我國(guó)宋代科學(xué)家沈括發(fā)現(xiàn),，他將這個(gè)寫(xiě)入《夢(mèng)溪筆談》,。書(shū)中指出“常微偏東，不全南也”,。

應(yīng)用領(lǐng)域

磁現(xiàn)象是最早被人類認(rèn)識(shí)的物理現(xiàn)象之一,，指南針是中國(guó)古代一大發(fā)明。磁場(chǎng)是廣泛存在的,，地球,，恒星（如太陽(yáng)）、星系（如銀河系）,、行星,、衛(wèi)星，以及星際空間和星系際空間,，都存在著磁場(chǎng),。為了認(rèn)識(shí)和解釋其中的許多物理現(xiàn)象和過(guò)程，必須考慮磁場(chǎng)這一重要因素,。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和人類生活中,，處處可遇到磁場(chǎng)，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī),、變壓器、電報(bào),、電話,、收音機(jī)以至加速器、熱核聚變裝置,、電磁測(cè)量?jī)x表等,，無(wú)不與磁現(xiàn)象有關(guān)。甚至在人體內(nèi),，伴隨著生命活動(dòng),，一些組織和器官內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生微弱的磁場(chǎng)。地球的磁級(jí)與地理的兩極相反,。

在古今社會(huì)里,，很多對(duì)世界文明有重大貢獻(xiàn)的發(fā)明都涉及到磁場(chǎng)的概念。地球能夠產(chǎn)生自己的磁場(chǎng),，這在導(dǎo)航方面非常重要,，因?yàn)橹改厢樀闹副睒O準(zhǔn)確地指向位置在地球的地理北極附近的地磁南極（地理北極實(shí)際上是地磁南極，地理南極實(shí)際上是地磁北極）,。電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的運(yùn)作都依賴因磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)而隨著時(shí)間改變的磁場(chǎng),。通過(guò)霍爾效應(yīng)，可以給出物質(zhì)的帶電粒子的性質(zhì),。磁路學(xué)專門(mén)研討各種各樣像變壓器一類的電子元件,，其內(nèi)部磁場(chǎng)的相互作用。

主要種類

恒磁場(chǎng)又稱為靜磁場(chǎng),，而交變磁場(chǎng),，脈動(dòng)磁場(chǎng)和脈沖磁場(chǎng)屬于動(dòng)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的空間各處的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等或大致相等的稱為均勻磁場(chǎng),，否則就稱為非均勻磁場(chǎng),。離開(kāi)磁極表面越遠(yuǎn)，磁場(chǎng)越弱,，磁場(chǎng)強(qiáng)度呈梯度變化,。

1.恒定磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向保持不變的磁場(chǎng)稱為恒定磁場(chǎng)或恒磁場(chǎng)，如鐵磁片和通以直流電的電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng),。

2.交變磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和方向在規(guī)律變化的磁場(chǎng),，如工頻磁療機(jī)和異極旋轉(zhuǎn)磁療器產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

3.脈動(dòng)磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度有規(guī)律變化而磁場(chǎng)方向不發(fā)生變化的磁場(chǎng),，如同極旋轉(zhuǎn)磁療器,、通過(guò)脈動(dòng)直流電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)。

4.脈沖磁場(chǎng)用間歇振蕩器產(chǎn)生間歇脈沖電流，將這種電流通入電磁鐵的線圈即可產(chǎn)生各種形狀的脈沖磁場(chǎng),。脈沖磁場(chǎng)的特點(diǎn)是間歇式出現(xiàn)磁場(chǎng),，磁場(chǎng)的變化頻率、波形和峰值可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié),。

常見(jiàn)的磁場(chǎng)

以下是兩種常見(jiàn)的磁場(chǎng)：

電磁場(chǎng)

電磁場(chǎng)（electromagnetic field）是有內(nèi)在聯(lián)系,、相互依存的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體和總稱。隨時(shí)間變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),，隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),，兩者互為因果，形成電磁場(chǎng),。電磁場(chǎng)可由變速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子引起,，也可由強(qiáng)弱變化的電流引起，不論原因如何,，電磁場(chǎng)總是以光速向四周傳播,，形成電磁波。電磁場(chǎng)是電磁作用的媒遞物,，具有能量和動(dòng)量,，是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場(chǎng)的性質(zhì),、特征及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定,。

電磁場(chǎng)是電磁作用的媒遞物，是統(tǒng)一的整體,，電場(chǎng)和磁場(chǎng)是它緊密聯(lián)系,、相互依存的兩個(gè)側(cè)面，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng),，變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng),，變化的電磁場(chǎng)以波動(dòng)形式在空間傳播。電磁波以有限的速度傳播,，具有可交換的能量和動(dòng)量,，電磁波與實(shí)物的相互作用，電磁波與粒子的相互轉(zhuǎn)化等等,，都證明電磁場(chǎng)是客觀存在的物質(zhì),，它的“特殊”只在于沒(méi)有靜質(zhì)量。

在電磁學(xué)里,，磁石,、磁鐵、電流,、含時(shí)電場(chǎng),，都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。處于磁場(chǎng)中的磁性物質(zhì)或電流，會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)的作用而感受到磁力,，因而顯示出磁場(chǎng)的存在,。磁場(chǎng)是一種矢量場(chǎng)；磁場(chǎng)在空間里的任意位置都具有方向和數(shù)值大小,。

主要應(yīng)用領(lǐng)域

電磁場(chǎng)（或波）為能量一種形式,，是當(dāng)今世界最重要的能源，研究領(lǐng)域涉及電磁能產(chǎn)生,、存儲(chǔ)、變換,、傳輸和應(yīng)用,。

電磁波作為信息的載體，成為信息發(fā)布與通信的主要手段,，研究?jī)?nèi)容包括信息發(fā)布,、交換、傳輸,、儲(chǔ)存,、處理、再現(xiàn)和應(yīng)用,。

電磁波作為探測(cè)未知世界的一種重要手段,，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡姶挪ㄅc目標(biāo)的相互作用特性、目標(biāo)探測(cè)及其特征的獲取,。

電磁波作為測(cè)控和定位技的手段,，構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)、交通,、國(guó)防等領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)

電,、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來(lái)現(xiàn)象，也最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象,，其中貢獻(xiàn)最大的有來(lái)頓,、富蘭克林、伏打等科學(xué)家,。

19世紀(jì)以前,，電、磁現(xiàn)象作為兩個(gè)獨(dú)立的物理現(xiàn)象被廣泛的關(guān)注和研究,。正是由于這些研究為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ),。18世紀(jì)末期，德國(guó)哲學(xué)家謝林認(rèn)為,，宇宙是有活力的,，而不是僵死的，認(rèn)為電是宇宙的活力和靈魂；電-磁-光-熱現(xiàn)象相互聯(lián)系,。奧斯特是謝林的信徒,，從1807年開(kāi)始研究電與磁之間的關(guān)系。1820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針安培發(fā)現(xiàn)作用力的方向和電流的方向以及磁針到通過(guò)電流的導(dǎo)線的垂直線方向相互垂直,，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式,。這表明，電流與磁之間存在著密切的聯(lián)系,。法拉第相信電,、磁、光,、熱相互聯(lián)系,。奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳地意識(shí)到磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響,。1821年他開(kāi)始探索磁生電效應(yīng),。1831年他發(fā)現(xiàn)；當(dāng)磁捧插入導(dǎo)體線圈時(shí),；線圈中產(chǎn)生電流,。表明電與磁之間存在密切聯(lián)系。麥克斯韋深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問(wèn)題,，發(fā)展了場(chǎng)的概念,。在法拉第實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象規(guī)律,，引進(jìn)位移電流的概念,，提出了一組描述電磁現(xiàn)象的規(guī)律偏微分方程，即麥克斯韋方程組,，建立了宏觀經(jīng)典電磁場(chǎng)理論德國(guó)科學(xué)家赫茲,，1887年用火花隙激勵(lì)一個(gè)環(huán)狀天線，用另一個(gè)帶隙的環(huán)狀天線接收,，證實(shí)了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言,，這一重要的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致了后來(lái)無(wú)線電報(bào)的發(fā)明。從此開(kāi)始了電磁場(chǎng)和電磁波理論的應(yīng)用與發(fā)展時(shí)代,。

地磁場(chǎng)

地磁場(chǎng)（geomagnetic field）是從地心至磁層頂?shù)目臻g范圍內(nèi)的磁場(chǎng),。地磁學(xué)的主要研究對(duì)象。人類對(duì)于地磁場(chǎng)存在的早期認(rèn)識(shí),，來(lái)源于天然磁石和磁針的指極性,。地磁的北磁極在地理的南極附近；地磁的南磁極在地理的北極附近,。磁針的指極性是由于地球的北磁極（磁性為S極）吸引著磁針的N極,，地球的南磁極（磁性為N極）吸引著磁針的S極,。這個(gè)解釋最初是英國(guó)W.吉伯于1600年提出的。吉伯所作出的地磁場(chǎng)來(lái)源于地球本體的假定是正確的,。這已為1839年德國(guó)數(shù)學(xué)家C.F.高斯首次運(yùn)用球諧函數(shù)分析法所證實(shí),。

地磁的磁感線和地理的經(jīng)線是不平行的，它們之間的夾角叫做磁偏角,。中國(guó)古代的著名科學(xué)家沈括是第一個(gè)注意到磁偏角現(xiàn)象的科學(xué)家,。

地球的基本磁場(chǎng)可分為偶極子磁場(chǎng)、非偶極子磁場(chǎng)和地磁異常幾個(gè)組成部分,。偶極子磁場(chǎng)是地磁場(chǎng)的基本成分,，其強(qiáng)度約占地磁場(chǎng)總強(qiáng)度的90%，產(chǎn)生于地球液態(tài)外核內(nèi)的電磁流體力學(xué)過(guò)程,，即自激發(fā)電機(jī)效應(yīng),。非偶極子磁場(chǎng)主要分布在亞洲東部、非洲西部,、南大西洋和南印度洋等幾個(gè)地域,，平均強(qiáng)度約占地磁場(chǎng)的10%,。地磁異常又分為區(qū)域異常和局部異常,，與巖石和礦體的分布有關(guān)。

地球變化磁場(chǎng)可分為平靜變化和干擾變化兩大類型,。平靜變化主要是以一個(gè)太陽(yáng)日為周期的太陽(yáng)靜日變化,，其場(chǎng)源分布在電離層中。干擾變化包括磁暴,、地磁亞暴,、太陽(yáng)擾日變化和地磁脈動(dòng)等，場(chǎng)源是太陽(yáng)粒子輻射同地磁場(chǎng)相互作用在磁層和電離層中產(chǎn)生的各種短暫的電流體系,。磁暴是全球同時(shí)發(fā)生的強(qiáng)烈磁擾,，持續(xù)時(shí)間約為1～3天，幅度可達(dá)10nT（納特）,。其他幾種干擾變化主要分布在地球的極光區(qū)內(nèi),。除外源場(chǎng)外，變化磁場(chǎng)還有內(nèi)源場(chǎng),。內(nèi)源場(chǎng)是由外源場(chǎng)在地球內(nèi)部感應(yīng)出來(lái)的電流所產(chǎn)生的,。將高斯球諧分析用于變化磁場(chǎng)，可將這種內(nèi),、外場(chǎng)區(qū)分開(kāi),。根據(jù)變化磁場(chǎng)的內(nèi)、外場(chǎng)相互關(guān)系,，可以得出地球內(nèi)部電導(dǎo)率的分布,。這已成為地磁學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域,，叫做地球電磁感應(yīng)。

地球變化磁場(chǎng)既和磁層,、電離層的電磁過(guò)程相聯(lián)系,，又和地殼上地幔的電性結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以在空間物理學(xué)和固體地球物理學(xué)的研究中都具有重要意義,。

宇宙磁場(chǎng)

太陽(yáng)

太陽(yáng)普遍磁場(chǎng)指日面寧?kù)o區(qū)的微弱磁場(chǎng),，強(qiáng)度約1×10-4～3×10-4特斯拉，它在太陽(yáng)南北兩極區(qū)極性相反,，觀測(cè)發(fā)現(xiàn),，通過(guò)光球的大多數(shù)磁通量管被集中在太陽(yáng)表面稱作磁元的區(qū)域，其半徑為100～300千米,，場(chǎng)強(qiáng)為0.1～0.2特斯拉,，大多數(shù)磁元出現(xiàn)在米粒和超米粒邊界及活動(dòng)區(qū)內(nèi)。如果把太陽(yáng)當(dāng)做一顆恒星,，可測(cè)到它的整體磁場(chǎng)約3×10-5特斯拉,，這個(gè)磁場(chǎng)是東西方向的。

太陽(yáng)黑子磁場(chǎng)

一般說(shuō)來(lái),，一個(gè)黑子群中有兩個(gè)主要黑子,，它們的磁極性相反。如果前導(dǎo)黑子是N極的,，則后隨黑子就是S極的,。在同一半球（例如北半球），各黑子群的磁極性分布狀況是相同的,；而在另一半球（南半球）情況則與此相反,。在一個(gè)太陽(yáng)活動(dòng)周期（約11年）結(jié)束、另一個(gè)周期開(kāi)始時(shí),，上述磁極性分布便全部顛倒過(guò)來(lái),。因此，每隔22年黑子磁場(chǎng)的極性分布經(jīng)歷一個(gè)循環(huán),，稱為一個(gè)磁周,。強(qiáng)磁場(chǎng)是太陽(yáng)黑子最基本的特征。黑子的低溫,、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)模型都與磁場(chǎng)息息相關(guān),。

耀斑與磁場(chǎng)的關(guān)系

耀斑是最強(qiáng)烈的太陽(yáng)活動(dòng)現(xiàn)象。一次大耀斑爆發(fā)可以釋放10^30～10^33爾格的能量,，這個(gè)能量可能來(lái)自磁場(chǎng),。在活動(dòng)區(qū)內(nèi)一個(gè)強(qiáng)度為幾百高斯的磁場(chǎng)一旦湮沒(méi)，它所蘊(yùn)藏的磁能便全部釋放出來(lái),，足夠供給一次大耀斑爆發(fā),。在耀斑爆發(fā)前后,，附近活動(dòng)區(qū)的磁場(chǎng)往往有劇烈的變化。本來(lái)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的磁場(chǎng),，在耀斑發(fā)生后就變得比較簡(jiǎn)單了,。這就是耀斑爆發(fā)的磁場(chǎng)湮沒(méi)理論的證據(jù)。

日珥的磁場(chǎng)

日珥的溫度約為10000℃,，它卻能長(zhǎng)期存在于溫度高達(dá)一,、兩百萬(wàn)攝氏度的日冕中，既不迅速瓦解,，也不下墜到太陽(yáng)表面,，這主要是靠磁力線的隔熱和支撐作用。寧?kù)o日珥的磁場(chǎng)強(qiáng)度約為10高斯,，磁力線基本上與太陽(yáng)表面平行,；活動(dòng)日珥的磁場(chǎng)強(qiáng)一些，可達(dá)200高斯,，磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,。

太陽(yáng)普遍磁場(chǎng)

除太陽(yáng)活動(dòng)區(qū)外，日面寧?kù)o區(qū)也有微弱的磁場(chǎng),。整個(gè)說(shuō)來(lái),，太陽(yáng)和地球相似，也有一個(gè)普遍磁場(chǎng),。不過(guò)由于局部活動(dòng)區(qū)磁場(chǎng)的干擾,，太陽(yáng)普遍磁場(chǎng)只是在兩極區(qū)域比較顯著,，而不象地球磁場(chǎng)那樣完整,。太陽(yáng)極區(qū)的磁場(chǎng)強(qiáng)度只有1～2高斯,。太陽(yáng)普遍磁場(chǎng)的強(qiáng)度經(jīng)常變化，甚至極性會(huì)突然轉(zhuǎn)換,。這種情況在1957～1958年和1971～1972年曾兩次觀測(cè)到。

太陽(yáng)整體磁場(chǎng)

如果把太陽(yáng)當(dāng)作一顆恒星,，讓不成像的太陽(yáng)光束射進(jìn)磁像儀,，就可測(cè)出日面各處混合而成的整體磁場(chǎng)。這種磁場(chǎng)的強(qiáng)度呈現(xiàn)出有規(guī)則的變化,，極性由正變負(fù),，又由負(fù)變正。大致來(lái)說(shuō),，在每個(gè)太陽(yáng)自轉(zhuǎn)周（約27天）內(nèi)變化兩次,。對(duì)這個(gè)現(xiàn)象很容易作這樣的解釋：日面上有東西對(duì)峙的極性相反的大片磁區(qū)，隨著太陽(yáng)由東向西自轉(zhuǎn),，科學(xué)家們就可以交替地觀察到正和負(fù)的整體磁場(chǎng),?？傊?yáng)上既有普遍磁場(chǎng),，又有整體磁場(chǎng),。前者是南北相反的，后者是東西對(duì)峙的,。

太陽(yáng)系磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)磁場(chǎng)的精細(xì)結(jié)構(gòu)

通過(guò)高分辨率的觀測(cè)表明,，太陽(yáng)磁場(chǎng)有很復(fù)雜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。就活動(dòng)區(qū)來(lái)說(shuō),，在同一個(gè)黑子范圍內(nèi)各處磁場(chǎng)強(qiáng)度往往相差懸殊,；并且在一個(gè)就整體說(shuō)來(lái)是某一極性（例如N極）的黑子里，常含有另一極性（S極）的小磁結(jié)點(diǎn),。因此,，嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，單極黑子并不存在,。在橫向磁場(chǎng)圖上,，不僅各處強(qiáng)度不同，方位角也不一樣,。在黑子半影中,，較亮條紋與它們之間的較暗區(qū)域的磁場(chǎng)也有明顯的差異。在活動(dòng)區(qū)中,，磁結(jié)點(diǎn)的直徑約為1000公里,，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1000～2000高斯。黑子磁場(chǎng)的自然衰減時(shí)間是很長(zhǎng)的,。

在日面寧?kù)o區(qū),，過(guò)去認(rèn)為只有微弱的磁場(chǎng)，其強(qiáng)度約為1～10高斯,?？墒切碌挠^測(cè)表明，寧?kù)o區(qū)的磁場(chǎng)的強(qiáng)度同樣是很不均勻的,，也含有許多磁結(jié)點(diǎn),。它們?cè)谌彰嫔纤济娣e很小，卻含有日面寧?kù)o區(qū)絕大部分的磁通量,。具體說(shuō)來(lái),，寧?kù)o區(qū)磁結(jié)點(diǎn)的范圍還不到200公里，而它們含的磁通量竟占整個(gè)寧?kù)o區(qū)的90%左右,。由于磁通量集中,，磁結(jié)點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)上千高斯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)寧?kù)o區(qū)大范圍的平均磁場(chǎng)強(qiáng)度,。

行星際磁場(chǎng)的扇形結(jié)構(gòu)

在磁場(chǎng)“凍結(jié)”的情況下,，太陽(yáng)風(fēng)的粒子帶著磁力線跑,，于是太陽(yáng)磁場(chǎng)便彌漫于整個(gè)太陽(yáng)系空間。因?yàn)樘?yáng)在自轉(zhuǎn),，太陽(yáng)風(fēng)所攜帶的磁力線就不是直線,，而是螺旋線。此外,，日面上有整體磁場(chǎng),，相鄰磁區(qū)的極性是相反的。這些因素同時(shí)起作用,，形成行星際磁場(chǎng)的扇形結(jié)構(gòu),。它和太陽(yáng)整體磁場(chǎng)密切相關(guān)，它們的極性幾乎完全一致,。太陽(yáng)整體磁場(chǎng)的極性一旦轉(zhuǎn)換,，行星際磁場(chǎng)的極性立即跟著轉(zhuǎn)換。

隨著太陽(yáng)磁場(chǎng)向外擴(kuò)張,，它的強(qiáng)度也就越來(lái)越弱,。在地球外圍空間，磁場(chǎng)強(qiáng)度還不到萬(wàn)分之一高斯,。然而由于行星際空間的氣體極為稀薄,，這樣弱的磁場(chǎng)也能對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生支配作用。在太陽(yáng)風(fēng)的作用下,，地磁場(chǎng)被壓縮在地球磁層的范圍內(nèi),，不能向外延伸。

人們對(duì)太陽(yáng)磁場(chǎng)測(cè)量只限于太陽(yáng)大氣,。至于太陽(yáng)內(nèi)部磁場(chǎng),，還不能直接測(cè)量，只能用理論方法作粗略的估計(jì),。有人認(rèn)為它可能比大氣的磁場(chǎng)強(qiáng)得多,。

磁星

magnetic star

“磁星”（Magnetar）是中子星的一種,，它們均擁有極強(qiáng)的磁場(chǎng),，透過(guò)其產(chǎn)生的衰變，使之能源源不絕地釋出高能量電磁輻射,，以X射線及伽瑪射線為主,。磁星的理論于1992年由科學(xué)家羅伯特·鄧肯（Robert Duncan）及克里斯托佛·湯普森（Christopher Thompson）首先提出，在其后幾年間,，這個(gè)假設(shè)得到廣泛接納,，去解釋軟伽瑪射線復(fù)發(fā)源（soft gamma repeater）及不規(guī)則X射線脈沖星（anomalous X-ray pulsar）等可觀測(cè)天體。

具有強(qiáng)磁場(chǎng)的恒星,。通常光譜型為A,，磁場(chǎng)可以強(qiáng)到30000T（特斯拉）,。磁星的磁場(chǎng)強(qiáng)度還在變化，故又稱磁變星,。磁變星大多為A型特殊星,。一部分磁變星，不僅磁場(chǎng)周期性變化,，光度和光譜也變化,。光變周期1～25天，變幅一般不超過(guò)0.1等,。

形成

當(dāng)一顆大型恒星經(jīng)過(guò)超新星爆發(fā)后,，它會(huì)塌縮為一顆中子星，其磁場(chǎng)也會(huì)迅速增強(qiáng),。在科學(xué)家鄧肯及湯普森的計(jì)算結(jié)果當(dāng)中,，其強(qiáng)度約為一億特斯拉（108 Tesla），在某些情況更可達(dá)1000億特斯拉（10^11 T,，10^15 Gauss）,，這些極強(qiáng)磁場(chǎng)的中子星便被稱為“磁星”。而地球表面的天然地磁場(chǎng)強(qiáng)度,，在赤道附近約3.5×10-5 T,，在兩極附近約7×10-5 T。

據(jù)估計(jì),，每大約十顆超新星爆發(fā)中,，便會(huì)有一顆能成為磁星，而非一般的中子星或脈沖星,。在它們演變成超新星前,，自身需擁有強(qiáng)大磁場(chǎng)及高自轉(zhuǎn)速度，方有機(jī)會(huì)演化成磁星,。有人認(rèn)為,，磁星的磁場(chǎng)可能是在中子星誕生后首十秒左右，透過(guò)熾熱內(nèi)核物質(zhì)的對(duì)流所產(chǎn)生的,，情形就如一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),。如果在對(duì)流現(xiàn)象發(fā)生期間同時(shí)擁有高自轉(zhuǎn)速度（周期約10毫秒左右），其產(chǎn)生的電流足以傳遍整顆天體,，便足夠把其自轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)為其磁場(chǎng),。相反，如果天體的自轉(zhuǎn)速度較慢,，其內(nèi)核物質(zhì)的對(duì)流所產(chǎn)生的電流不足以傳遍整顆天體,，只在局部區(qū)域流動(dòng)。

短壽命

一顆磁星的外層含有等離子及以鐵為主的重元素，在張力產(chǎn)生期間,，天體會(huì)出現(xiàn)“星震”（starquake）,，這種地震能使天體釋放強(qiáng)大能量，包括釋出X射線暴及伽瑪射線暴,，天文學(xué)家把這種天體稱為“軟伽瑪射線復(fù)發(fā)源”,。

如果把一顆磁星看成為“軟伽瑪射線復(fù)發(fā)源”，它們的壽命相當(dāng)短暫,?！靶钦稹睍?huì)釋出大量物質(zhì)及能量，當(dāng)中物質(zhì)被困在自身的強(qiáng)大磁場(chǎng)中,，繼而在數(shù)分鐘內(nèi)蒸發(fā)殆盡,，另外其他能以放射形式釋出的物質(zhì)，其動(dòng)能來(lái)自天體的角動(dòng)量,，使磁星的自轉(zhuǎn)速度減慢,，且比其他中子星減得更快。轉(zhuǎn)速減慢會(huì)連帶其強(qiáng)大磁場(chǎng)一同減弱,，到大約一萬(wàn)年后磁星的“星震”停止,，期間仍會(huì)釋出X射線，天文學(xué)家將之稱為“不規(guī)則X射線脈沖星”,。再過(guò)大約一萬(wàn)年后,，其活動(dòng)幾近停止?！靶钦稹睂儆谝环N瞬間的大型破壞,，當(dāng)中一些給人們直接記錄，例如2004年12月27日的SGR 1806-20,，隨著天文望遠(yuǎn)鏡的精確度日高,，預(yù)計(jì)在未來(lái)人們能記錄更多類似現(xiàn)象。

火星

火星磁場(chǎng)消失之謎有新解：行星撞擊是元兇

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,，火星磁場(chǎng)到底是如何消失的,？來(lái)自加拿大多倫多大學(xué)的賈法爾·阿爾卡尼-哈梅德日前就該問(wèn)題提出了一種新的觀點(diǎn)。阿爾卡尼-哈梅德認(rèn)為,，一顆曾在火星附近運(yùn)行,，后來(lái)又與之發(fā)生碰撞的較大小行星是導(dǎo)致火星磁場(chǎng)消失的真正原因。

在40億年之前,，剛形成不久的火星也曾擁有過(guò)磁場(chǎng),，而且其強(qiáng)度還與地球磁場(chǎng)非常接近。不過(guò),，火星磁場(chǎng)在存在了短暫的時(shí)間后便神秘地消失了。

在解釋火星磁場(chǎng)消失的各種觀點(diǎn)中，最主要的一種認(rèn)為：隨著火星核的冷卻,，其中液態(tài)金屬的對(duì)流逐漸減弱,，最終導(dǎo)致了磁場(chǎng)的消失。

為了揭開(kāi)火星磁場(chǎng)消失的秘密,，阿爾卡尼-哈梅德與同事們?cè)O(shè)計(jì)了一套新的計(jì)算機(jī)模型,。他們認(rèn)為，要想解釋磁場(chǎng)消失的原因,，首先應(yīng)查清它是如何出現(xiàn)的,。

加拿大科學(xué)家表示，當(dāng)年推動(dòng)火星液態(tài)核心內(nèi)金屬流運(yùn)動(dòng)的力量并非來(lái)源于火星內(nèi)部,，而是來(lái)自一顆被年輕的火星所俘獲的大型小行星,。

根據(jù)阿爾卡尼-哈梅德等人的計(jì)算，在太陽(yáng)和木星的聯(lián)合作用下,，這顆小行星可能曾沿一條穩(wěn)定的軌道繞火星飛行,，兩者之間的距離約10萬(wàn)公里。不過(guò),，在火星引力的作用下,，該小行星開(kāi)始逐漸地向火星靠近。當(dāng)兩者的距離接近到5~7.5萬(wàn)公里時(shí),，小行星所產(chǎn)生的引力已足夠打破火星核內(nèi)部原有的平衡,，并誘發(fā)其中金屬流的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生出磁場(chǎng),。小行星在火星上誘發(fā)磁場(chǎng)的過(guò)程持續(xù)了大約5000~15000年,。

在此之后，小行星仍在不斷地向火星靠近并使后者的磁場(chǎng)又維持了數(shù)百萬(wàn)年的時(shí)間,。阿爾卡尼-哈梅德認(rèn)為,，如果該小行星的自轉(zhuǎn)方向與火星的保持一致，或者其沿相反的方向繞火星旋轉(zhuǎn),，那么火星磁場(chǎng)還有可能維持更長(zhǎng)的時(shí)間,。

最終，在火星引力的作用下,，這顆小行星發(fā)生了分裂,，有此產(chǎn)生的大量碎片落向火星并孕育出了一些龐大的環(huán)形山。

隨著小行星的解體,，火星磁場(chǎng)也隨之消失了（確切地說(shuō),，應(yīng)是減弱為原先的數(shù)百分之一）－－火星核內(nèi)部原有的對(duì)流現(xiàn)象太弱，不足以孕育強(qiáng)大的磁場(chǎng),。

而磁場(chǎng)的消失可能還在火星氣候變化的過(guò)程中發(fā)揮了極其重要的作用,。據(jù)科學(xué)家們估價(jià)，在磁場(chǎng)消失后，火星的氣候逐漸由原先的溫暖濕潤(rùn)變得寒冷干旱,。

火星磁場(chǎng)消失之謎有新解：火星內(nèi)核被熔化

瑞士科學(xué)家們通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論稱,，數(shù)億年前就消失了的火星磁場(chǎng)不久后將再次恢復(fù)。據(jù)《新科學(xué)家》雜志報(bào)道稱,，科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn),，火星的部分內(nèi)核被熔化是導(dǎo)致火星磁場(chǎng)消失的主要禍?zhǔn)住?/p>

以瑞士聯(lián)邦工學(xué)院（位于蘇黎世）的安德魯-斯圖阿爾特為首的瑞士科研小組通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)成功再現(xiàn)了火星內(nèi)核部分地區(qū)的壓力和溫度。在此次模擬實(shí)驗(yàn)中,，科學(xué)家們利用填充了鐵,、鎳和硫混合物的金剛石密封艙，它的壓力被調(diào)節(jié)到了40兆帕斯卡,。通過(guò)實(shí)驗(yàn),，研究人員成功發(fā)現(xiàn)，在火星內(nèi)核溫度達(dá)到1500開(kāi)氏度時(shí),，密封艙內(nèi)的混合物應(yīng)該處于液態(tài)狀,。不過(guò)內(nèi)核外層會(huì)出現(xiàn)固化現(xiàn)象。當(dāng)然,，只有在火星內(nèi)核中硫的含量不超過(guò)10.6%時(shí)才會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象,。科學(xué)家們稱,，這可以解釋火星的磁場(chǎng)為何消失了,，同時(shí)也可以解釋地球的磁場(chǎng)為何至今仍然存在?？茖W(xué)家們認(rèn)為,，地球磁場(chǎng)之所以至今依然存在，就是因?yàn)榈睾藘?nèi)部是固態(tài)的,。固態(tài)地核內(nèi)層與被熔化了含大量鐵的外層相互摩擦便產(chǎn)生了地球磁場(chǎng),，其工作原理類似于直流發(fā)電機(jī)。

科學(xué)家們表示,，如果火星內(nèi)核被熔化了的部分能夠重新結(jié)晶變成固態(tài)形式,，那么消失已久的火星磁場(chǎng)還將再次出現(xiàn)。

物理術(shù)語(yǔ)

磁感線（Magnetic Induction Iine）：在磁場(chǎng)中畫(huà)一些曲線,，用（虛線或?qū)嵕€表示）使曲線上任何一點(diǎn)的切線方向都跟這一點(diǎn)的磁場(chǎng)方向相同（且磁感線互不交叉）,，這些曲線叫磁感線。磁感線是閉合曲線,。規(guī)定小磁針的北極所指的方向?yàn)榇鸥芯€的方向,。磁鐵周圍的磁感線都是從N極出來(lái)進(jìn)入S極或傳向無(wú)窮遠(yuǎn)處，在磁體內(nèi)部磁感線從S極到N極,。

磁感線是為了形象地研究磁場(chǎng)而人為假想的曲線,，并不是客觀存在于磁場(chǎng)中的真實(shí)曲線,。但可以根據(jù)磁感線的疏密，判斷磁性的強(qiáng)弱,。磁感線密集,，則磁性強(qiáng),，稀疏,，則弱。

磁感應(yīng)強(qiáng)度：與磁力線方向垂直的單位面積上所通過(guò)的磁力線數(shù)目,，又叫磁力線的密度,，也叫磁通密度，用B表示,，單位為特斯拉（T）,。

磁通量：磁通量是通過(guò)某一截面積的磁力線總數(shù)，用Φ表示,，單位為韋伯（Weber）,，符號(hào)是Wb。通過(guò)一線圈的磁通的表達(dá)式為：Φ=B·S（其中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,，S為該線圈的面積,。）1Wb=1T·m2

安培力：（左手定則）F=BILsinθ矢量表達(dá)式：F=I×BL。

洛倫茲力：（左手定則）（微觀上）F=qvBsinθ矢量表達(dá)式：F=qv×B,。

模擬實(shí)驗(yàn)

電腦模擬系統(tǒng)破解地球磁場(chǎng)南北顛倒之謎

美國(guó)《國(guó)家地理雜志》發(fā)表文章解釋了地球磁場(chǎng)“南北顛倒”的原因,。1845年德國(guó)數(shù)學(xué)家卡爾·高斯開(kāi)始記錄地球磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，與那時(shí)相比,，今天的磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱了近10%左右,。而且這種勢(shì)頭還將繼續(xù)。

從地質(zhì)記錄來(lái)看,，地球磁場(chǎng)平均大約每20萬(wàn)年翻轉(zhuǎn)一次,，不過(guò)時(shí)間也可能相差很大，并不固定,，上一次磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)是在78萬(wàn)年前,。

專家認(rèn)為，地球磁場(chǎng)來(lái)自地球深處的地心部分,。固體的地心四周是處在熔解狀的鐵和鎳液體,。地心在金屬液中的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了電流,，形成了地球磁場(chǎng),。而該磁場(chǎng)屏蔽了宇宙射線，主要是太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)地球的襲擊,，保護(hù)了地球生命的延續(xù),?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，火山巖漿凝固時(shí),，其中的鐵總是按磁場(chǎng)方向排列,。專家把這一現(xiàn)象稱為地球動(dòng)力學(xué)，地球磁場(chǎng)是由地球動(dòng)力支配的,，他們根據(jù)這一理論發(fā)展的電腦模擬系統(tǒng)發(fā)現(xiàn),，地心周圍的液體物質(zhì)，總是處在不穩(wěn)定狀態(tài),，以非常緩慢的速度轉(zhuǎn)動(dòng),，一般大約每年移動(dòng)1°。然而在受到某種干擾時(shí),，這個(gè)速度會(huì)變得越來(lái)越快,，使原有的磁場(chǎng)偏離極地越來(lái)越遠(yuǎn)，最后發(fā)生南北極互換的現(xiàn)象,。

幾萬(wàn)年來(lái),，蜜蜂、鴿子,、鯨魚(yú),、鮭魚(yú)、紅龜,、津巴布韋鼴鼠等動(dòng)物一直依賴先天性的本能在磁場(chǎng)的指引下秋移春返,，一旦磁場(chǎng)消失，它們的命運(yùn)很難預(yù)測(cè),。

地球磁極變換不會(huì)造成災(zāi)難

大家都知道地球磁極要隨著時(shí)間流逝而變換,，南極變北極，北極變南極,。而且兩次變換之間的時(shí)間間隔不等,，平均為25萬(wàn)年。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn),，此前的一次變換發(fā)生在75萬(wàn)年前,，因此他們預(yù)料，不久還會(huì)發(fā)生新的兩極變換,。這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題：地球磁極變換會(huì)不會(huì)使地球磁場(chǎng)短時(shí)間消失,，從而失去了防止宇宙帶電粒子到達(dá)地球的能力，引起一些科幻電影所描述的嚴(yán)重自然災(zāi)害呢,？

德國(guó)慕尼黑大學(xué)的赫拉德·勒施等人的研究發(fā)現(xiàn),，不會(huì)發(fā)生這樣的災(zāi)難，而其中的拯救英雄就是太陽(yáng)風(fēng),。赫拉德·勒施等人發(fā)現(xiàn),，由帶電粒子組成的太陽(yáng)風(fēng),，將在瞬間建立起一個(gè)新磁場(chǎng)。

另外,，由于太陽(yáng)風(fēng)和地球等離子層運(yùn)動(dòng)速度相差很大,，太陽(yáng)風(fēng)將很快在距離地面350公里的高度建立起一個(gè)磁保護(hù)傘，這個(gè)磁保護(hù)傘的磁場(chǎng)強(qiáng)度大致與地磁磁場(chǎng)強(qiáng)度一樣,。它們可以將宇宙中的帶電粒子擋在地球大氣層外,，地球上的生物依然可以高枕無(wú)憂。

生理影響

自然界磁輻射對(duì)大腦夢(mèng)幻的影響

在自然界中,，存在著地磁和大量的宇宙空間物質(zhì)射線以及太陽(yáng)磁暴輻射波,，這些磁波會(huì)對(duì)人類的大腦和臟器形成刺激性影響,。這些磁波輻射對(duì)生物成長(zhǎng)有一種促進(jìn)作用,，同時(shí)，人體與磁場(chǎng)也存在一定的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性,。宇宙本身就是一個(gè)強(qiáng)大的磁場(chǎng)空間,，沒(méi)有宇宙強(qiáng)大的磁場(chǎng)作用力，也就沒(méi)有自然界生物細(xì)胞的合成,，地球上面的生物也就不會(huì)存在,。

人類的夢(mèng)中幻覺(jué)，大部分是由于空間磁輻射所引起的,，強(qiáng)大的磁波輻射也可以給人類造成重大的傷害,，也可以引起空間的人體核磁共振效應(yīng)。自然界的諸多奇異現(xiàn)象都存在強(qiáng)磁場(chǎng)的力作用,，可造成信鴿對(duì)地理位置辨別的失效,，可造成人類方向性的判別錯(cuò)誤，也可造成人類大腦的噩夢(mèng)幻覺(jué)聯(lián)想,。

研究進(jìn)展

2014年7月,，根據(jù)歐洲航天局Swarm衛(wèi)星陣列搜集到的數(shù)據(jù)顯示，在過(guò)去的六個(gè)月時(shí)間里,，地球磁場(chǎng)正在快速減弱,。Swarm衛(wèi)星陣列由三顆獨(dú)立衛(wèi)星組成，根據(jù)衛(wèi)星上搭載的磁力計(jì)顯示,，地磁場(chǎng)最大的薄弱點(diǎn)出現(xiàn)在西半球上空,，而在南印度洋等地區(qū)，地磁場(chǎng)有加強(qiáng)的趨勢(shì),。

科學(xué)家們至今還不能確定地磁場(chǎng)減弱的原因,，不過(guò)他們認(rèn)為原因之一可能是地磁場(chǎng)正在為翻轉(zhuǎn)做準(zhǔn)備，從數(shù)據(jù)上分析,，地磁場(chǎng)的北極正在往西伯利亞遷徙,。磁極的翻轉(zhuǎn)不是一下子就完成的,，不用幾千年，至少也要好幾百年,，并且,，地球在過(guò)去已經(jīng)發(fā)生過(guò)很多次磁極翻轉(zhuǎn)。

其實(shí),，每隔幾十萬(wàn)年地球磁極就會(huì)翻轉(zhuǎn)一次,。雖然地球磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化只是正常磁場(chǎng)翻轉(zhuǎn)周期的一部分，但是Swarm搜集的數(shù)據(jù)顯示,，地球磁場(chǎng)的減弱速度比過(guò)去都快,。此前，按照研究人員的估算,，地球磁場(chǎng)應(yīng)該以每100年5%的強(qiáng)度衰減,，但是數(shù)據(jù)顯示地球磁場(chǎng)實(shí)際的衰減速度達(dá)到了每10年5%（即5％/10年），是人們想象中的10倍,。按照過(guò)去的推斷科學(xué)家認(rèn)為地球磁場(chǎng)會(huì)在大約2000年后完全翻轉(zhuǎn),，不過(guò)按照最新的數(shù)據(jù)，翻轉(zhuǎn)很可能很快就會(huì)發(fā)生,。

霍爾效應(yīng)

主條目：霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí),，金屬導(dǎo)體的電荷載子是電子，而不是離子,。

假設(shè),，處于磁場(chǎng)的一條寬片型載流導(dǎo)線，其電流垂直于磁場(chǎng),，則其電荷載子會(huì)因?yàn)楦惺艿铰鍌惼澚Χ蛞贿?，從而在垂直于磁?chǎng)、電流的方向產(chǎn)生電壓于導(dǎo)線兩側(cè),。1879年,，艾德溫·霍爾（Edwin Hall）發(fā)現(xiàn)這效應(yīng)，稱為霍爾效應(yīng),。由于能夠辨明電荷載子到底帶有正電還是帶有負(fù)電,，這效應(yīng)最先證實(shí)，在載流導(dǎo)線里流動(dòng)的電流,，是由移動(dòng)中的電子形成的,，與質(zhì)子無(wú)關(guān)。

磁強(qiáng)計(jì)（magnetometer）應(yīng)用霍爾效應(yīng)為運(yùn)作原理,，可以用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng),，或檢查像不銹鋼管道一類物體因腐蝕而產(chǎn)生的磁通量泄漏（magnetic flux leakage）。由于霍爾效應(yīng)元件產(chǎn)生的訊號(hào)幅值非常微弱,，必須加以放大,，才能被偵測(cè),，所以，現(xiàn)在許多霍爾效應(yīng)傳感器都加入一個(gè)高增益集成電路放大器,?；魻栃?yīng)傳感器可以用來(lái)測(cè)量磁場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)速度,、液體流速,、電流、壓力等等,。

在半導(dǎo)體領(lǐng)域,，霍爾效應(yīng)也可以應(yīng)用于偵測(cè)在半導(dǎo)體一類物質(zhì)內(nèi)的主要電荷載子是負(fù)電子還是正空穴。

霍爾效應(yīng)推進(jìn)器是一種低功率的離子推進(jìn)器,。當(dāng)太空船進(jìn)入軌道或太空時(shí),，可以用霍爾效應(yīng)推進(jìn)器來(lái)推進(jìn)太空船。