磁力线(Line of Magnetic Field)


法拉第是第一个提出力线(line of force)概念的人,他利用力线的观念成功解释超距力作用的原理:力线愈密,作用力也愈大。因此电场也可称为电线密度,磁场也可称为磁力线密度。
不过在大学电磁学中,磁场与磁力线密度被分开来讨论。 然而力线的观念其实还是有点複杂,因此后来的学者提出修正的看法,提出场线(field line)的观念。场线的观念比力线更能精确描述向量的观念,尤其是后来发展出散度(divergence)与曲度(curl)的观念,更有利于后续理论的推导与完备。

磁力线在磁场中代表单位磁N极所受的力,因为同性相斥与异性相吸,因此磁场的方向为由N极指向S极,在磁铁以外的区域,磁力线必起始于N极、终止于S极;同理,在磁铁以内的区域,磁力线由S极出发、终止于N极;内外迴路形成封闭的路径。再因为无孤立磁单极,因此不像电力线一样可以有辐合(convergence)或辐散(divergence)的开放直线,磁力线必定为封闭曲线。相同于电力线,基于同性相斥,不同磁力线之间有互斥的趋势;而基于异性相吸,相同磁力线之间有缩短的趋势。

在单一磁铁的磁力线,两极的磁力线最密,代表磁场最大;中间的磁力线平行于磁铁,而且磁力线最疏,代表磁场最小。如果把两个磁铁NS极对调平行放置,可以在中间部分形成相近于均匀磁场,类似于平行金属板所形成的均强电场,单位磁N极在该区域会做等加速度运动,运动轨迹也会类似于地表的自由落体等,形成直线或抛物线。 若单位磁N极在磁力线中,欲沿着磁力线运动,则有两个条件:第一个条件是磁力线必须是直线。因为当磁力线不是直线时,单位磁N极的受力方向为磁力线的切线,所以必定无法沿磁力线运动。第二个条件为初速必须平行磁力线,因为当初速不平行磁力线,则运动方向与磁力线不同,所以也无法沿磁力线运动。

参考资料: http://en.wikipedia.org/wiki/Field_line

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