电流磁效应

v 環形導線=將直導線彎曲成環狀
v 通電流的環形導線=無限多小段通電流的直導線的集合
v 通電流環形導線所建立的磁場=無限多小段通電流直導線所建立的磁場的集 合，
載流單匝環狀線圈和長直導線建立磁場的差別
2.載流單匝環形導線的磁力線方向
I I
磁場方向為進 入環面
順時針方向
v 磁力線方向和環面垂直(由安培右手定則知) v 磁力線方向的判斷：變化的安培右手定則
❖ 通電後，線圈兩端的磁針發生偏轉，顯示線圈周圍有磁場產生
判定載流螺線管所建立的磁場方 向
❖ 由安培右手定則判斷 ❖ 彎曲的四指：電流的方向。 ❖ 大拇指：線圈內部的磁場方向，即為N極。
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磁力線
S
N
動畫
電流方向
電磁鐵
❖ 將鐵釘放入螺旋管內部，通電後磁場變強， (此鐵釘稱為軟磁鐵)
❖ 此因為螺旋管內部產生的磁場會使鐵釘磁化 而具有磁性，
B.磁針在導線之上
2.電流由左至右 磁針向上
3.電流由右至左 磁針向下
1.未通電流 磁針未偏轉
2.電流由左至右 磁針向下
3.電流由右至左 磁針向上
磁場與磁針相對位置(考慮地磁)
A.磁針在導線之下
1.未通電流 磁針未偏轉
B.磁針在導線之上
2.電流由南至北 磁針向西偏
3.電流由北至南 磁針向東偏
1.未通電流 磁針未偏轉
導線軸平面：鐵粉分佈成同心圓 導線整體： 磁場分佈成同
觀察載流直導線所建立的磁場方 向
❖ 將四個羅盤置於鉛直導線旁，通以電流，觀察
偏轉的方向
電流方向
未通電前，磁針受地 磁指向同一方向
通電後，磁針按照 電線附近比地磁還 強的磁場逆時針排 列
判別載流長直導線磁場方向 安培右手定則
❖ 將右手大拇指指向直導線的電流方向 其餘四指圍繞直導線旋轉，四指所指方向為 磁場的方向。
電流磁效應的內容 安培定律
❖ 發現人：法國人安培 ❖ 電流磁效應的內容： 1.通有電流的導線會在導線周圍產生磁場，此
現象稱為電流磁效應 2.電流磁效應所產生的磁場強度和電流大小成
正比，但和導線的距離成反比。 3.電流磁效應所產生的磁場方向與電流方向垂
直。而判斷的方法稱為右手定則或安培右手 定則。
電流磁效應的例子
右手無名指至小指等四指彎曲的指向為電流方 向
右手大拇指的指向為磁力線(磁場)的方向
觀察載流單匝環狀線圈的磁場
❖ 觀察載流單匝環狀線圈的磁場：類似薄形磁鐵
觀察載流多匝螺線管的磁場
❖ 載流多匝螺線管的磁場：可視為多個單匝圓形線圈串聯而成的 組合， 如 棒型磁鐵 （多個圓盤形薄磁鐵N極和S極)首尾相連）， 其強度比單匝線圈強
❖ 電磁鐵可藉由，1.增加電流2.線圈密度，來增加磁場 強度。
電動機
❖ 電動機俗稱馬達，是利用電流的磁效應，使 電磁鐵在固定的磁鐵內連續轉動的裝置。
簡易電動機的構造
電刷 電磁鐵
中心軸 半圓形金屬環
磁鐵
簡易電動機的轉動原理
半圓形金屬環
(A)
(B)
電
刷
永久磁 鐵
線圈和鐵 芯
(D)
(C)
動畫
簡易電動機的轉動原理
❖ 其磁場強度以螺線管 中央 位置最強。
影響螺管磁場強度的兩個因素：
❖ 1.電流大小：正比關係
電流愈大則磁場愈強，反之則愈弱
❖ 2.線圈密度(單位長度內線圈的圈數)：正 比關係
線圈愈密則磁場愈強，反之則愈弱。
觀察載流多匝螺線管的磁場方向
❖ 實驗圖片：
❖ 在線圈兩端各放一個羅盤，調整線圈的軸心線與磁針相互垂直，接通 電流，觀察磁針的偏轉方向為何？
2.電流由南至北 磁針向東偏
3.電流由北至南 磁針向西偏
載流單匝環狀線圈的磁場
❖ 如果將長直導線繞成一個環形，如下圖，右 邊是長直導線，左邊是繞一圈的導線，則此 兩者由電流磁效應所產生的磁場有何差別？
電流方向
電流方向
磁場方向
磁場方向
載流單匝環狀線圈和長直導線建立磁 場的差別
1.磁場強度
環面
C
D
A B
半圓形金屬環
(A)
(B)
電刷 永久磁鐵
線簡圈易和電動鐵機芯的轉動原理
❖ 小磁針在磁場中的偏轉角度 磁針偏轉的方向是 合力 的方向 是 地磁 B1 與 電磁B2 對磁針的合力
❖ 1.磁針只受地磁時 指向 北 方
N
S
❖ 2.磁針受地磁與電磁（若方向向東）時 合力指向 對角線 方
向
N
S 動畫
磁場與磁針相對位置(不考慮地磁)
A.磁針在導線之下
1.未通電流 磁針未偏轉
厄司特實驗的啟示
❖ 現象：磁針本來受地磁指向南北，通過電流後偏轉 一角度 →磁針受到某個不同於地磁磁場的磁力作用
❖ 問題：尋找此磁場的來源：
1.導線本身有磁場 → 不可能
∵導線的材質為銅，銅不是磁性物質，不會具有磁性
2.導線電流產生磁場 → 正確
∵導線有電流時磁針才會偏轉
❖ 結果：通有電流的導線，在其周圍會產生磁場的現 象，稱為電流的磁效應。
本節中，我將學到
❖ 電流磁效應 ❖ 載流直導線建立的磁場 ❖ 載流螺旋管建立的磁場 ❖ 安培右手定則 ❖ 電磁鐵的意義和應用
電流磁效應 →先來看厄斯特的發現：
v 丹麥人 厄斯特 Hans Christian Oersted 西元 1777－1851年
v 西元1820年，厄斯特 發現 通有電流的導線其旁邊 磁針居然偏轉了….
(a)載流直導線 建立的磁場
(b)載流單匝環狀線圈 建立的磁場
(c)載流螺管線圈 建立的磁場
載流直導線磁場 實驗圖示
1.水平載流導線周圍的磁場 2.鉛直載流導線周圍的磁場
觀察載流直導線所建立的磁場
❖ 在通電流的長直導線周圍，會有磁場產生，其磁力線 的形狀為許多封閉的同心圓，且磁場的方向與電流的 方向互相垂直。
❖ 鐵釘磁化後產生的磁場加上原有線圈內的磁 場，使總磁場大為增強，
❖ 電流切斷後，線圈和鐵釘的磁性也隨之消失， 這種產生磁場的裝置，稱為電磁鐵
電磁鐵：如右圖
空心載流螺線管 的磁力線較稀疏 ，磁場較弱。
鐵釘置入載流螺 線管的磁力線較 密，磁場較強。
電磁鐵的應用
❖ 商業用的電磁鐵，通以大量電流時產生強大的磁力， 可以吊運巨大的鋼板、貨櫃或廢棄汽車。
動畫
❖電流方向相反時相對位置的磁場方 向相反
磁力線
通電流的導線
近
（ 磁 場
磁 力 線
強密
）集
遠 X(距離)
磁
力 線
（ 磁 場
稀弱
疏）
影響磁針的偏向因素
❖ 1.電流磁效應所感應的磁場 ❖ 2.地球本身的磁場
∴磁針偏轉並未達到電流磁效應所 感應的磁場方向。
磁針在磁場中任ㄧ位置的指向(考慮地 磁)