Định nghĩa

Tên gọi khác nhau cho B[9]
Mật độ thông lượng từ Cảm ứng từ Từ trường
Tên gọi khác nhau cho H[9][10]
Cường độ từ trường Độ lớn từ trường Từ trường Trường từ hóa

Từ trường được định nghĩa theo một vài cách tương đương dựa trên hiệu ứng tác động của nó lên môi trường xung quanh.

Thông thường người ta định nghĩa từ trường là lực tác dụng lên một hạt điện tích chuyển động. Trong tĩnh điện học hạt có điện tích q nằm trong điện trường E chịu một lực bằng F = qE. Tuy vậy, khi hạt điện tích chuyển động trong vùng bao quanh dây dẫn có dòng điện, lực tác dụng lên hạt cũng phụ thuộc vào vận tốc của nó. Thật may là, thành phần lực phụ thuộc vận tốc tách biệt so thành phần lực điện trường, và tuân theo định luật lực Lorentz,

F = q ( E + v × B ) . {\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} ).}

Ở đây v là vận tốc của hạt và × ký hiệu của tích vectơ. Vectơ B ký hiệu cho từ trường, và nó được coi là trường vectơ cần thiết để cho định luật lực Lorentz miêu tả đúng chuyển động của hạt tích điện. Định nghĩa này cho phép xác định B như sau[11]

“

Quá trình, "Đo hướng và độ lớn của vectơ B tại mỗi vị trí," thực hiện theo các bước: Dùng một hạt đã biết có điện tích q. Đo lực tác dụng lên q khi nó đứng yên nhằm xác định E. Sau đó đo lực tác động lên hạt khi nó chuyển động với vận tốc v theo một hướng; lặp lại phép đo cho hạt với vận tốc v ở một hướng khác. Lúc này vectơ B trong định luật lực Lorentz thỏa mãn tất cả các phép đo—chính là từ trường tại mỗi vị trí cần đo.

”

Một cách khác, người ta xác định từ trường thông qua ngẫu lực mà nó tác động lên một lưỡng cực từ (xem ngẫu lực từ trên nam châm vĩnh cửu bên dưới).

Có hai loại từ trường, H và B. Trong chân không chúng thể hiện giống nhau, chỉ khác nhau về độ lớn. Nhưng bên trong vật liệu hay môi trường vật chất (xem H và B bên trong và ngoài vật liệu từ) chúng có tính chất khác nhau. Về mặt lịch sử, thuật ngữ từ trường có ký hiệu là H trong khi các nhà vật lý sử dụng thuật ngữ khác cho B. Ngày nay, các sách vật lý đều sử dụng thuật ngữ từ trường cho cả hai ký hiệu B và H.[nb 4] Có một vài tên gọi khác nhau cho cả hai (xem bảng).

Đơn vị

Trong hệ SI, B có đơn vị tesla (T) và tương ứng ΦB (từ thông) có đơn vị weber (Wb) do vậy mật độ thông lượng 1 Wb/m2 bằng 1 tesla. Đơn vị SI của tesla bằng (newton•giây)/(coulomb•mét).[nb 5] Trong đơn vị Gauss-cgs, B có đơn vị gauss (G) (và 1 T = 10.000 G) Trường H có đơn vị ampere trên mét (A/m) trong hệ SI, và oersted (Oe) trong hệ CGS.[12]

Đo lường

Độ chính xác nhỏ nhất đối với phép đo từ trường đến nay (2013) thực hiện được[13] là cỡ atto tesla (10−18 tesla); từ trường lớn nhất tạo ra được trong phòng thí nghiệm tồn tại trong thời gian rất ngắn (nam châm điện bị phá hủy) là cỡ 2,8 kT (viện VNIIEF ở Sarov, Nga, 1998)[14], trong khi từ trường lớn nhất tồn tại trong thời gian ngắn (nam châm điện không bị phá hủy) có độ lớn xấp xỉ 100 T (phòng thí nghiệm Los Alamos, Hoa Kỳ, 2011).[15] Từ trường của một số thiên thể như sao từ cao hơn rất nhiều; độ lớn từ 0,1 đến 100 GT (108 đến 1011 T).[16]

Từ kế là thiết bị dùng để đo hướng và độ lớn từ trường cục bộ lân cận với thiết bị. Dựa trên nguyên lý hoạt động có các loại từ kế như sử dụng lõi quay, từ kế Hall, từ kế cộng hưởng từ, từ kế SQUID, và la bàn từ thông. Từ trường của các thiên thể trong vũ trụ được đo thông qua ảnh hưởng của nó lên các hạt điện tích chuyển động. Ví dụ, electron chuyển động xoắn ốc trên đường sức từ phát ra bức xạ đồng bộ trong miền sóng vô tuyến.