磁場模型:從磁力線到磁場強度
了解磁力線圖如何表示磁場的方向與相對強度,並進一步把這些圖像模型連結到磁場強度的測量值與計算值。
兩名學生畫出同一塊條形磁鐵周圍的磁場。一名學生畫了八條磁力線,另一名畫了二十條。第二名學生是否不小心創造出一塊更強的磁鐵?
不是。紙面上的磁力線數量,有一部分只是繪圖方式的選擇。但這些磁力線的排列方式,仍然能告訴我們真實磁場的一些重要資訊。
這正是磁場模型需要處理的問題。磁力線圖非常適合用來表示方向、形狀和相對強度,但它不會自動告訴你磁場是 \(3.2 \times 10^{-3}\ \text{T}\)。要得到這種數值,你需要進行測量或計算。
真正有用的技能,是能在這兩種描述之間轉換,而不把任何一種模型當成比它實際上更「真實」的東西。
01磁力線圖實際上告訴你什麼
想像把一個小指南針放在磁鐵周圍不同的位置。在每個位置上,指南針最後都會穩定指向某個特定方向。
現在想像每次放置指南針時,都在該位置畫上一個短箭頭。如果你把那些方向平順銜接的箭頭連起來,就會得到磁力線。
因此,這些線是向量場的一種模型。在磁場不為零的每一個位置,磁場都有:
- 一個方向,以及
- 一個大小,也就是強度。
磁場向量寫作 \(\vec B\)。它的大小寫作 \(B\)。

方向由切線決定
假設你在一條彎曲的磁力線上選一個點。該處的磁場指向哪個方向?
不要直接指向最近的磁極。相反地,想像有一支很小的箭頭,在那個確切位置與曲線相切。磁場就沿著這條切線的方向。
對永久磁鐵而言,在磁鐵外部,磁力線的箭頭由北極指向南極。
在載流直導線周圍,磁力線形成圓形。它們的方向可由右手握拳定則判定。你可以在 載流導線周圍的磁場:HSC Physics 中複習這種幾何關係。
磁力線間距代表相對磁場強度
現在比較靠近磁極的 P 點,以及距離較遠的 Q 點。
在繼續閱讀之前,先預測磁場感測器通常會顯示什麼結果。\(B\) 在 P 點還是 Q 點較大?
P 點。在一致繪製的磁力線圖中,較密集的磁力線代表較強的磁場,而間距較大的磁力線代表較弱的磁場。
因此,我們可以得到以下定性模型:
| 磁力線特徵 | 物理解釋 |
|---|---|
| 磁力線彼此靠近 | \(B\) 相對較大 |
| 磁力線彼此相距較遠 | \(B\) 相對較小 |
| 筆直、平行且間距大致相同的磁力線 | 近似均勻磁場 |
| 彎曲的磁力線 | 磁場方向隨位置改變 |
| 磁力線上的箭頭 | \(\vec B\) 的方向 |
| 在一般位置磁力線不交叉 | 該點只存在一個磁場方向 |
「相對」這個詞很重要。
如果 P 點的磁力線明顯比 Q 點密集,你可以合理地判斷 \(B_P>B_Q\)。但一般不能只因為圖上每公分似乎有三倍多的磁力線,就判斷 \(B_P=3B_Q\)。
02磁力線不是「磁性義大利麵」
一種很容易讓人產生的想像,是磁鐵會把看不見的細線射到空間中,而更強的磁鐵就含有更多這種細線。
事實並非如此。
磁力線是人為引入的線,用來幫助我們表示一個連續存在於空間中的磁場。你可以在草圖中再加五條磁力線,而磁鐵本身完全不會因此改變。
一個有用的類比是山地的等高線圖。等高線越密集,表示地形高度變化得越快;同樣地,依照一般的繪圖慣例,磁力線越密集,就表示磁場越強。
但這個類比有一個重要的限制。真正的地形等高線通常會標示高度,例如 200 m 或 250 m。一般 HSC 的磁力線草圖並不會在每一條線上附加一個數值。
除非圖本身經過特別校準,否則磁力線密度提供的是定性資訊,而不是數值資訊。
這項區別可以避免這個主題中最常見的錯誤之一:
畫出的磁力線較多,不一定代表磁場較大。在以一致方式繪製的磁場圖中,磁力線彼此較接近,才表示磁場較大。
03把圖像轉換成數值
在定量磁場模型中,我們希望得到 \(B\) 的實際數值。
在 HSC Physics 中,\(B\) 通常以特斯拉為單位,符號為 \(\text{T}\)。更精確地說,\(B\) 是磁通量密度,不過 HSC 題目經常直接把它稱為磁場強度。
常用的較小單位包括:
\[
1\ \text{mT}=10^{-3}\ \text{T}
\]
以及
\[
1\ \mu\text{T}=10^{-6}\ \text{T}.
\]
取得磁場數值主要有兩種方法:
- 進行測量,或
- 利用模型計算。
測量 \(B\)
霍爾探頭可以測量某個特定位置的磁場。
假設你把霍爾探頭從磁鐵的一個磁極逐漸移遠。磁力線草圖預測,隨著磁力線分散開來,磁場應該變弱。霍爾探頭則能把這項定性預測轉換成數值。
你可能得到如下的數據:
| 位置 | 測得的 \(B\) |
|---|---|
| 靠近磁極 | \(4.8\ \text{mT}\) |
| 距離較遠 | \(2.1\ \text{mT}\) |
| 距離遠得多 | \(0.7\ \text{mT}\) |
圖示和測量是在不同細節層次上描述同一個磁場。
有一項實驗細節值得記住。霍爾感測器可能只對沿某一特定軸方向的磁場分量敏感,因此探頭的方向很重要。讀數異常偏小,不一定代表磁場本身很弱;也可能只是探頭沒有正確對準。
04計算長直導線周圍的磁場
有些磁場形狀可以用簡單的數學模型描述。
對一條載有電流 \(I\) 的長直導線,在距離導線垂直距離 \(r\) 處,磁場為
\[
B=\frac{\mu_0 I}{2\pi r},
\]
其中:
- \(B\) 是磁場強度,單位為特斯拉 \(\text{T}\),
- \(I\) 是電流,單位為安培 \(\text{A}\),
- \(r\) 是距離導線的垂直距離,單位為公尺 \(\text{m}\),以及
- \(\mu_0=4\pi\times10^{-7}\ \text{T m A}^{-1}\) 是真空磁導率。
在進行任何運算之前,先看看這條方程式告訴我們什麼。
當電流固定時,
\[
B\propto\frac{1}{r}.
\]
因此,如果你把與導線的距離加倍,先預測 \(B\) 會發生什麼變化。
它會減半。
這一點也應該反映在你的定性草圖中。導線附近的圓形磁力線所代表的磁場,應該比離導線較遠區域的磁場更強。
例題:直導線旁的磁場強度
一條長直導線載有 \(6.0\ \text{A}\) 的電流。計算距離導線 \(4.0\ \text{cm}\) 處的磁場強度。接著預測在 \(8.0\ \text{cm}\) 處的磁場強度。
步驟 1
\[
r=4.0\ \text{cm}=0.040\ \text{m}.
\]
步驟 2
\[
\begin{aligned}
B&=\frac{\mu_0 I}{2\pi r}\\
&=\frac{(4\pi\times10^{-7})(6.0)}
{2\pi(0.040)}\\
&=3.0\times10^{-5}\ \text{T}.
\end{aligned}
\]
因此磁場為
\[
B=30\ \mu\text{T}.
\]
步驟 3
在 \(8.0\ \text{cm}\) 處,\(r\) 已經加倍。因為 \(B\propto 1/r\),
\[
B=\frac{30\ \mu\text{T}}{2}=15\ \mu\text{T}.
\]
結果與磁力線模型一致:當你遠離導線時,磁場會變弱。對理想的長直導線而言,數值計算還能準確告訴我們磁場究竟弱了多少。
05計算螺線管內部的磁場
長螺線管會產生另一種特別有用的磁場分布。
靠近中心時,磁力線大致筆直、平行,而且間距均勻。這就是近似均勻磁場在圖像上的特徵。
對空氣中的理想長螺線管,
\[
B=\mu_0 nI,
\]
其中 \(n\) 是每公尺的匝數。
由於
\[
n=\frac{N}{L},
\]
我們也可以寫成
\[
B=\mu_0\frac{N}{L}I,
\]
其中:
- \(N\) 是總匝數,
- \(L\) 是螺線管長度,單位為公尺,以及
- \(I\) 是電流,單位為安培。
這個模型預測了一些磁力線圖只能暗示的事情。增加電流會增加 \(B\)。增加每公尺的匝數也會增加 \(B\)。
磁場分布的詳細內容可參閱 螺線管內部的磁場:HSC Physics 解說。
這裡有一項重要限制。這條方程式假設螺線管很長且為理想情況,並且在靠近中心的位置最準確。真實的螺線管有兩個端部,因此其磁場在靠近端部時會變得較不均勻。
例題:比較螺線管模型與測量值
一個螺線管有 \(1200\) 匝,長度為 \(0.60\ \text{m}\),並通有 \(1.8\ \text{A}\) 的電流。計算靠近中心處的理想磁場。霍爾探頭測得 \(4.25\ \text{mT}\)。比較測量值與模型。
步驟 1
\[
n=\frac{N}{L}
=\frac{1200}{0.60}
=2000\ \text{m}^{-1}.
\]
步驟 2
\[
\begin{aligned}
B&=\mu_0 nI\\
&=(4\pi\times10^{-7})(2000)(1.8)\\
&=4.52\times10^{-3}\ \text{T}.
\end{aligned}
\]
因此,
\[
B_{\text{ideal}}=4.52\ \text{mT}.
\]
步驟 3
霍爾探頭給出的數值為
\[
B_{\text{measured}}=4.25\ \text{mT}.
\]
兩者差值為
\[
4.52-4.25=0.27\ \text{mT}.
\]
相對於理想預測值,這大約是
\[
\frac{0.27}{4.52}\times100\%\approx6.0\%.
\]
測得的磁場比理想值低約 \(6\%\)。
這不代表實驗一定有錯。這條方程式假設螺線管是理想而且足夠長,並且測量位置遠離兩端。真實線圈具有有限長度、不完美的幾何形狀,而且測量本身也存在不確定度。
磁力線模型、方程式和測量結果在整體預測上應該一致,同時也應容許由方程式假設所造成的合理差異。
06當磁場來自多個來源
真實的磁場經常會彼此重疊。
假設兩個來源在同一點分別產生磁場 \(\vec B_1\) 和 \(\vec B_2\)。實際磁場並不是圖中看起來較強的那一個。
它是向量和:
\[
\vec B_{\text{net}}=\vec B_1+\vec B_2.
\]
此時方向和大小同樣重要。
如果兩個 \(3\ \text{mT}\) 的磁場方向相同,合磁場就是 \(6\ \text{mT}\)。
如果它們方向相反,合磁場就是零。
即使兩個來源各自仍在產生磁場,這個零值仍是真實的。磁場並沒有消失;而是它們的向量在該位置互相抵消。
這就是定量計算可以揭示出一些在草圖中很容易忽略的情況。
07如何決定使用哪一種模型
一個實用的 HSC 判斷原則是:
| 題目問什麼 | 最佳起點 |
|---|---|
| 磁場指向哪裡? | 磁力線切線、指南針方向或右手定則 |
| 哪裡的磁場相對較強? | 在同一幅一致繪製的圖中比較磁力線間距 |
| \(B\) 的數值是多少? | 使用適當的方程式或測量值 |
| 當距離或電流改變時會發生什麼? | 使用方程式中的比例關係 |
| 多個磁場共同作用 | 以向量方式相加磁場 |
| 計算值與實驗值略有不同 | 檢查假設與不確定度 |
| 兩幅獨立草圖的磁力線數量不同 | 除非圖示經過校準,否則不要比較磁力線數量 |
重點並不是在定性模型和定量模型之間二選一。通常你兩者都需要。
草圖告訴你什麼樣的答案在物理上合理。方程式或測量則告訴你磁場實際有多大。
08最容易誤解的概念
假設一幅螺線管圖中畫了六條內部磁力線,而另一幅畫了十二條。
你能否因此判斷第二個螺線管的磁場強度是第一個的兩倍?
不能。
繪圖者可能只是多畫了幾條線。
現在改變情境。假設兩個螺線管都出現在同一幅精心製作的圖中,使用相同的比例和相同的磁力線密度慣例,而且其中一個螺線管內的磁力線明顯更密集。
這時,合理的推論是它的磁場較強。
這個概念還有更深一層的情況。如果圖是特別設計成每一條磁力線都代表相同的磁通量,而且空間比例已知,那麼磁力線密度確實可以被定量化。一般的 HSC 磁場草圖通常不會提供這種校準。
所以,不要量取兩條手繪磁力線之間有多少毫米,再把它換算成特斯拉。這是在賦予草圖一種它從未聲稱具有的精確度。
09問題與解答
問題 1
一幅永久磁鐵周圍的磁力線圖顯示,P 點靠近其中一個磁極,該處的磁力線較密集;Q 點距離較遠,磁力線間距較大。在 P 點,磁力線的切線指向右方。
說明 P 點磁場的方向,並比較 P 點與 Q 點的磁場強度。能否只利用這幅圖計算數值比 \(B_P/B_Q\)?
解答 1
P 點的磁場向右,而且 \(B_P>B_Q\),但通常不能從未經校準的磁力線草圖中求出數值比 \(B_P/B_Q\)。
P 點的磁場方向與磁力線在該點的切線方向一致,因此指向右方的切線就是 \(\vec B\) 的方向。
P 點的磁力線比 Q 點密集。依照一般一致的繪圖慣例,這代表 P 點的磁場較強。
最容易犯的錯誤,是數磁力線條數,或量取它們在紙面上的間距,再直接換算成磁場強度的比例。一般磁力線圖只提供相對強度,而不是數值刻度。若沒有額外校準,我們不能說 P 點的磁場恰好是 Q 點的兩倍、三倍或任何其他確切倍數。
問題 2
一條長直垂直導線向上穿過水平桌面。霍爾探頭沿南北方向對準,先放在導線以東 \(4.0\ \text{cm}\) 處,再放在導線以西 \(4.0\ \text{cm}\) 處。正讀數表示磁場指向北方。
測量結果為:
- 導線東側:\(+55\ \mu\text{T}\),
- 導線西側:\(-5\ \mu\text{T}\)。
假設另外還存在一個指向北方或南方的均勻背景磁場。把導線視為無限長。
求:
- 背景磁場的大小和方向,
- 導線在 \(4.0\ \text{cm}\) 處產生的磁場,
- 導線中的電流,以及
- 電流是向上還是向下穿過桌面。
解答 2
背景磁場為 \(25\ \mu\text{T}\),方向向北;導線在 \(4.0\ \text{cm}\) 處產生 \(30\ \mu\text{T}\) 的磁場;電流為 \(6.0\ \text{A}\),並向上穿過桌面。
在距離直導線相等、但位於導線相反兩側的位置,導線產生的磁場大小相同,但方向相反。
令 \(B_0\) 為帶正負號的背景磁場,\(B_w\) 為導線在東側產生的磁場。取北方為正方向,
\[
B_0+B_w=55\ \mu\text{T}
\]
以及
\[
B_0-B_w=-5\ \mu\text{T}.
\]
把兩式相加得
\[
2B_0=50\ \mu\text{T},
\]
因此
\[
B_0=25\ \mu\text{T}.
\]
正號表示方向向北。
代入東側的測量值,
\[
25+B_w=55,
\]
所以
\[
B_w=30\ \mu\text{T}
=3.0\times10^{-5}\ \text{T}.
\]
現在使用
\[
B=\frac{\mu_0 I}{2\pi r}.
\]
重新整理得
\[
I=\frac{2\pi rB}{\mu_0}.
\]
當 \(r=0.040\ \text{m}\) 時,
\[
\begin{aligned}
I&=\frac{2\pi(0.040)(3.0\times10^{-5})}
{4\pi\times10^{-7}}\\
&=6.0\ \text{A}.
\end{aligned}
\]
在東側,導線產生的磁場指向北方。因此根據右手握拳定則,電流是向上穿過桌面的。
一條很容易誤走的思路,是把任一個霍爾探頭讀數直接代入直導線方程式。這樣會錯誤地把測得的總磁場當成完全由導線產生。必須先把背景磁場與導線的貢獻分離。
問題 3
兩個長螺線管沿同一軸線重疊。忽略端部效應。
螺線管 A 每公尺有 \(1000\) 匝,通有 \(2.0\ \text{A}\) 的電流。它在重疊區域中的磁場指向東方。
螺線管 B 每公尺有 \(1500\) 匝,電流方向相反,因此它的磁場指向西方。
重疊區域中的霍爾探頭測得合磁場為 \(0.25\ \text{mT}\),方向向東。
計算螺線管 B 中的電流。接著比較重疊區域的預期磁力線密度,與只位於螺線管 A 內、但不在螺線管 B 內的區域有何不同。
解答 3
螺線管 B 的電流約為 \(1.20\ \text{A}\),而重疊區域中的磁力線密度應遠低於只包含螺線管 A 磁場的區域。
對理想螺線管,
\[
B=\mu_0 nI.
\]
螺線管 A 產生
\[
\begin{aligned}
B_A
&=(4\pi\times10^{-7})(1000)(2.0)\\
&=2.51\times10^{-3}\ \text{T}\\
&=2.51\ \text{mT}.
\end{aligned}
\]
取東方為正方向。因為螺線管 B 產生向西的磁場,
\[
B_{\text{net}}=B_A-B_B.
\]
因此,
\[
0.25\times10^{-3}
=\mu_0(1000)(2.0)-\mu_0(1500)I_B.
\]
兩邊除以 \(\mu_0\):
\[
\frac{0.25\times10^{-3}}{4\pi\times10^{-7}}
=2000-1500I_B.
\]
左邊約為 \(199\ \text{A m}^{-1}\),因此
\[
1500I_B\approx2000-199=1801.
\]
所以
\[
I_B\approx1.20\ \text{A}.
\]
只在螺線管 A 內時,磁場約為 \(2.51\ \text{mT}\)。在重疊區域中,合磁場只有 \(0.25\ \text{mT}\),因此一致的定性磁場圖應顯示該處的磁力線密度低得多。
容易犯的錯誤,是因為有兩個磁場來源,就直接把 \(B_A\) 和 \(B_B\) 相加。磁場是向量。這裡它們的方向相反,因此第二個螺線管會減小合磁場,而不是增加它。
問題 4
兩條長平行導線垂直穿出紙面。它們相距 \(12\ \text{cm}\)。
左側導線載有 \(6.0\ \text{A}\) 的電流,方向穿出紙面。右側導線載有 \(3.0\ \text{A}\) 的電流,同樣穿出紙面。
一名學生認為,因為中點與兩條導線的距離相等,所以中點的合磁場一定為零。
求:
- 兩條導線之間合磁場實際為零的位置,
- 中點的合磁場大小和方向,以及
- 一幅良好的定性磁力線圖應如何反映零磁場位置。
解答 4
合磁場在距離 \(6.0\ \text{A}\) 導線 \(8.0\ \text{cm}\)、距離 \(3.0\ \text{A}\) 導線 \(4.0\ \text{cm}\) 的位置為零。在中點,合磁場為 \(10\ \mu\text{T}\),方向在紙面上向上。
在兩條電流都穿出紙面的導線之間,兩條導線產生的磁場方向相反。
令 \(x\) 為從 \(6.0\ \text{A}\) 導線到零磁場點的距離。該點距離 \(3.0\ \text{A}\) 導線為 \(0.12-x\)。
要互相抵消,兩個磁場的大小必須相等:
\[
\frac{\mu_0(6.0)}{2\pi x}
=
\frac{\mu_0(3.0)}{2\pi(0.12-x)}.
\]
消去共同因子:
\[
\frac{6.0}{x}
=
\frac{3.0}{0.12-x}.
\]
因此,
\[
6.0(0.12-x)=3.0x,
\]
所以
\[
0.72=9.0x
\]
以及
\[
x=0.080\ \text{m}=8.0\ \text{cm}.
\]
零磁場點較靠近較弱的 \(3.0\ \text{A}\) 導線。這在物理上是合理的:你必須更靠近較弱的來源,它產生的磁場才能與較強來源的磁場相等。
在中點,兩條導線的距離都是 \(r=0.060\ \text{m}\)。
對 \(6.0\ \text{A}\) 導線,
\[
\begin{aligned}
B_1
&=\frac{(4\pi\times10^{-7})(6.0)}
{2\pi(0.060)}\\
&=2.0\times10^{-5}\ \text{T}\\
&=20\ \mu\text{T}.
\end{aligned}
\]
對 \(3.0\ \text{A}\) 導線,
\[
B_2=10\ \mu\text{T}.
\]
根據右手定則,左側導線在中點產生的磁場在紙面上向上,而右側導線產生的磁場向下。
因此,
\[
B_{\text{net}}=20-10=10\ \mu\text{T}
\]
方向向上。
定性磁場圖應該在實際的抵消位置,也就是距離左側導線 \(8.0\ \text{cm}\) 處,顯示一個磁場非常弱的區域,而不能自動把它畫在幾何中點。
容易產生的錯誤推理,是只根據距離的對稱性。這個配置在物理上並不對稱,因為兩個電流不同。當 \(I\) 不相等時,相同距離不會產生相同磁場。
問題 5
一條長直垂直導線向上穿過水平表面,並載有 \(10\ \text{A}\) 的電流。另一個獨立的均勻磁場大小為 \(40\ \mu\text{T}\),方向向北。
從上方觀察時,導線的磁場以逆時針方向環繞。
霍爾探頭沿穿過導線的東西方向直線移動,並定義指向北方的讀數為正。

求:
- 導線東側或西側是否存在合磁場為零的點,
- 在導線西側 \(4.0\ \text{cm}\) 和 \(6.0\ \text{cm}\) 處,霍爾探頭帶正負號的讀數,以及
- 當探頭通過零磁場點時,磁場方向會發生什麼變化。
接著,一名學生說:「磁力線一定要平順地一直穿過那個點,因為磁力線永遠不會交叉或中止。」評估這項說法。
解答 5
導線西側 \(5.0\ \text{cm}\) 處有一個零磁場點,東側則沒有對應的零磁場點;當探頭穿過西側的零磁場點時,合磁場會反轉方向。在零磁場點本身,\(\vec B=0\),因此磁場方向沒有定義。
在一條電流向上流動的導線西側,導線產生的逆時針磁場指向南方。因此它會與 \(40\ \mu\text{T}\) 的向北背景磁場相反。
要互相抵消,
\[
B_{\text{wire}}=B_{\text{background}}.
\]
使用
\[
B_{\text{wire}}
=\frac{\mu_0 I}{2\pi r},
\]
可得
\[
40\times10^{-6}
=
\frac{(4\pi\times10^{-7})(10)}
{2\pi r}.
\]
由於
\[
\frac{\mu_0 I}{2\pi}
=2.0\times10^{-6}\ \text{T m},
\]
所以
\[
r=\frac{2.0\times10^{-6}}
{40\times10^{-6}}
=0.050\ \text{m}.
\]
因此,
\[
r=5.0\ \text{cm}
\]
位於導線西側。
在東側,導線的磁場指向北方。因此它會與向北的背景磁場相加,而不是相互抵消,所以東側不會出現零磁場點。
在導線西側 \(4.0\ \text{cm}\) 處,
\[
\begin{aligned}
B_{\text{wire}}
&=\frac{2.0\times10^{-6}}{0.040}\\
&=50\ \mu\text{T}.
\end{aligned}
\]
這個磁場指向南方,而背景磁場為 \(40\ \mu\text{T}\),方向向北。取北方為正方向,
\[
B_{\text{net}}=40-50=-10\ \mu\text{T}.
\]
所以探頭讀數為
\[
-10\ \mu\text{T},
\]
表示 \(10\ \mu\text{T}\) 向南。
在導線西側 \(6.0\ \text{cm}\) 處,
\[
\begin{aligned}
B_{\text{wire}}
&=\frac{2.0\times10^{-6}}{0.060}\\
&=33.3\ \mu\text{T}.
\end{aligned}
\]
因此,
\[
B_{\text{net}}=40-33.3
=+6.7\ \mu\text{T}.
\]
此時磁場指向北方。
因此,當探頭從導線西側 \(4.0\ \text{cm}\) 移到西側 \(6.0\ \text{cm}\) 時,合磁場會由向南,經過西側 \(5.0\ \text{cm}\) 處的零值,再變成向北。
這名學生的論點忽略了一項與一般磁力線規則有關的重要條件。在 \(B\neq0\) 的一般位置,磁力線具有唯一切線,因為磁場具有唯一方向。然而,在抵消點,
\[
\vec B=0.
\]
零向量沒有方向。因此,一般的指示「令磁力線與 \(\vec B\) 相切」在這個確切位置無法定義出唯一方向。
仔細繪製的磁場圖應該在抵消點附近顯示弱磁場區或零磁場區,而當彼此競爭的磁場逐漸佔主導地位時,周圍的磁場分布也會改變。你不能套用一條預設磁場方向非零的規則,然後堅持某一條普通磁力線必須直接穿過零磁場點並繼續前進。
第一個很容易想到的答案,是既然兩個來源都在產生磁場,那麼空間中每一處都一定還會剩下一些磁場。關鍵限制在於向量疊加:當兩個非零磁場大小相等、方向相反時,它們可以產生零合磁場。
10這能讓你接下來做什麼
一旦你能可靠地在磁力線圖和 \(B\) 的數值之間轉換,磁力問題就會變得容易理解得多。
磁力線模型告訴你磁場指向哪裡,以及它的強度如何隨空間位置改變。定量模型則提供方程式所需的 \(B\) 值,例如 \(F=BIL\sin\theta\) 或 \(F=qvB\sin\theta\)。
這就是兩種模型實用的分工方式:圖像告訴你磁場正在做什麼,而數值則告訴你它能對置於磁場中的物體產生多強的影響。