高中物理(高一)
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Chap5-1 電流的磁效應


一、幾個觀念上的區別:

1. 動電生磁:稱為電流的磁效應。
    動磁生電:稱為電磁感應。

2. 電荷移動,形成電流,則可以產生感應磁場。
    電荷靜止不動,沒有電流,也就不會產生感應磁場。

3. 穩定的電流,產生穩定的磁場(即磁場的大小及方向保持一定)。
    電流不穩定時,則產生不穩定的磁場;而磁場在變化時,將產生感應電場,或在迴路中產生應電流(或感應電流)。


二、電流的效應:

1. 電流的熱效應:在國中教材及高三選修物理上冊介紹。

2. 電流的磁效應:在高一及高三選修物理下冊介紹。

3. 電流的化學效應:在高中化學的電化學部分介紹。


三、電流的磁效應的重要概念重點:

1. 1820年,丹麥科學家厄斯特(Oersted)首先發現:載有電流的導線周圍,磁針會發生偏轉。

2. 電流磁效應的方向判定:安培右手定則(注意:有兩段重點,有些書會漏列第二段)

3. 電流磁效應的磁場大小計算:必歐.沙伐定律(高三選修物理下冊)


四、安培右手定則:可以用來判斷電流產生磁場的方向。

1. 應用於長直導線時:

 (1) 右手大拇指:表示電流方向。
 (2) 四指彎曲環繞的方向:表示導線周圍的磁場方向。

(圖1:直導線周圍的磁力線)
(圖2:直導線南方的磁場方向為向東)
(圖3:3D的畫法)(圖4:2D的畫法)
(圖5:點標記表示垂直於紙面向外、叉標記表示垂直於紙面向內)

2. 應用於迴線、線圈、螺線管時:

 (1) 右手四指彎曲環繞的方向:表示電流方向。
 (2) 大拇指:表示內部的磁場方向。

(圖1:圓形迴線圓心處的磁場)(圖2:方形迴線中心點的磁場)
(圖3:N匝線圈圓心處的磁場)
(圖4:螺線管內部的磁場)

 註:將迴線分成許多小段,則每一小段都可以看成是直導線,利用安培右手定則即可以找出其周圍的磁場方向。在迴線中心點的磁場,即為這些小段產生的磁場向量疊加所成。

(圖)

 註:N匝線圈的每一匝都可以看成是一個圓形迴線,則線圈中心點的磁場,即為各匝中心點產生的磁場向量疊加所成。

 註:筆順法:
 (1) 迴線、線圈及螺線管內的磁場方向,可以使用筆順法找出電流方向與磁場方向的關係。
 (2) 使用英文小寫字母 n 及 s,最後由筆順方向繞字母畫一圓圈,就是電流的方向。

(圖1)(圖2)

五、電流磁效應產生磁場的大小:

1. 長直導線的周圍:

 (1) 磁場的大小與電流的大小成正比,即 B\, \propto \, I
 (2) 磁場的大小與距離成反比,即 B\, \propto \, \frac{1}{R}
   \Rightarrow \, B\, \propto \, \frac{I}{R}

 註:高三物理下冊由必歐.沙伐定律導出:B\, =\, \frac{\mu _0 I}{2\pi R}

2. 圓形迴線及線圈的圓心處:

 (1) 磁場的大小與電流的大小成正比,即 B\, \propto \, I
 (2) 磁場的大小與圓形迴線的半徑成反比,即 B\, \propto \, \frac{1}{R}
 (3) 磁場的大小與線圈的匝數成正比,即 B\, \propto \, N
   \Rightarrow \, B\, \propto \, \frac{I}{R}B\, \propto \, \frac{NI}{R}

 註:高三物理下冊由必歐.沙伐定律導出:B\, =\, \frac{\mu _0 I}{2R}B\, =\, \frac{\mu _0 NI}{2R}

3. 螺線管的內部:

 (1) 磁場的大小與電流的大小成正比,即 B\, \propto \, I
 (2) 磁場的大小與匝數密度成正比,即 B\, \propto \, \frac{N}{L}
   \Rightarrow \, B\, \propto \, (\frac{N}{L})\, I

 註:匝數密度,單位長度內的匝數,即螺線管的總匝數╱螺線管長度:n\, =\, \frac{N}{L}

 註:高三物理下冊由必歐.沙伐定律導出:B\, =\, \mu _0 \, (\frac{N}{L})\, I\, =\, \mu _0 \, n\, I

六、電流磁效應的應用:

1. 載流螺線管內部可視為為近似均勻磁場,導線纏繞得愈密集時,內部磁場的大小及方向愈能趨於均勻一致。

(圖1:稀疏螺線管)(圖2:纏繞緊密的螺線管)

2. 螺線管內置入軟鐵芯,則因軟鐵芯磁化,因而磁場大幅增強,可以作為電磁鐵來使用。

3. 日常生活中,電磁鐵的應用甚廣:電話聽筒、耳機、喇叭、擴音器、電扇馬達、起重機等。

 

 

 

 

0最後修改紀錄: 2011/04/26(Tue) 10:16:12


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