磁场
cí chǎng
磁场是磁铁或载流导线周围能感受到磁力作用的区域，用从北极指向南极的场线来表示。
Definition
磁场是磁铁周围一片看不见的空间，在其中能感受到它的吸引或排斥，靠近磁极的地方最强，越远越弱，而无论其中是否有东西，这个场都一直存在：冰箱上的磁铁一直被它的磁场包围着，等待一枚回形针靠近。它是磁铁或载流导线周围的一片区域，在其中磁力会作用在其他磁铁、磁性材料以及运动电荷上，用磁场线来表示，场线从北极出发，弯曲绕行，进入南极，线越密表示场越强；磁场强度以特斯拉为单位，地球磁场约为 $5 \times 10^{-5}\ \text{T}$，每一股电流都会产生磁场，正如每一个变化的磁场都会推动电荷产生电流一样，这正是发电机产生电力的原理。严格地说，$\vec{B}$ 由它对运动电荷施加的力来定义，$\vec{F} = q\vec{v} \times \vec{B}$，因此它不做功，只改变运动方向，产生半径为 $r = mv/(qB)$ 的圆形轨道；稳恒电流按毕奥-萨伐尔定律和安培定律产生磁场，$\oint \vec{B}\cdot d\vec{l} = \mu_0 I_{\text{enc}}$，一根无限长直导线给出 $B = \mu_0 I/(2\pi r)$，其中 $\mu_0 = 4\pi \times 10^{-7}\ \text{T}\cdot\text{m/A}$，变化的磁通量根据法拉第定律感应出电动势，$\mathcal{E} = -d\Phi_B/dt$，$\vec{E}$ 和 $\vec{B}$ 在洛伦兹变换下作为同一个电磁场的分量相互混合。
Example
在一块条形磁铁上方的纸上撒铁屑，铁屑会沿着从一个磁极到另一个磁极的弯曲路径排列起来，显示出磁场的形状，而放在载流导线附近的指南针会侧向偏转，切断电流后又指回北方，如果电流方向反转，指针也会转向另一边。一根载有 $20\ \text{A}$ 电流的导线，在 $2\ \text{cm}$ 处产生的磁场为 $B = (4\pi \times 10^{-7})(20)/(2\pi \times 0.02) = 2 \times 10^{-4}\ \text{T}$，是地球磁场的四倍，一个以 $10^6\ \text{m/s}$ 的速度垂直于 $0.5\ \text{T}$ 磁场运动的质子，沿半径约 $r \approx 0.021\ \text{m}$ 的圆周运动。
Key Insight
电和磁是同一事物的两个方面，磁力始终垂直于速度，因此它能改变粒子的方向，却永远不能使它加速，这正是粒子加速器要用电场来增加能量、而只用磁场来使粒子束沿环形轨道弯曲的原因。