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【討論】電與磁的統一 —物理筆記

發表于: 2022/12/24


電流磁效應:
A、電與磁的關係: 
(1)靜止的電荷四周有電場;靜止的磁鐵四周有磁場。 
(2)等速度運動的電荷會形成電流,而電流的附近可以產生磁場。 
(3)加速運動的電荷會產生電磁波。
B、發現歷史:
(1)西元 1820 年,丹麥大學教授厄司特正在課堂上教授電學時,偶然發現:
甲、通有電流的導線,靠近一具可以自由轉動的磁針,結果磁針竟然發生偏轉。
乙、將電流反向流動,磁針竟也反向偏轉。 
(2)表示載流導線附近的周圍有磁場存在,才會影響磁
針偏轉的方向。 
(3)安培繼續進行深入而詳細的研究,發現了電流和其所產生磁場間的數量關係。 
(4)銅或其他金屬是非磁性金屬,但是製成導線或線圈時,通入電流,所產生磁場的性
質與磁鐵完全相同。 
C、電流的磁效應:
(1)任何通有電流的導線,在其四周都可以產生磁場的現象。
(2)有電流(直流電或交流電皆可)必定有磁場。 
D、實驗及裝置:
(1)通有電流的導線穿過紙面時,紙面上均勻撒布鐵屑, 
(2)輕敲紙面,發現鐵屑排成同心圓形狀。 
(3)證明電流通過導線,在其四周產生磁場。
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長直導線的磁場
A、安培定律:通有電流的長直導線,在其四周所建立 的磁場強弱,和導線上的電流大小成正比,和導線 的距離成反比。
B、安培右手定則:判定載流導線周圍的磁場方向。 
C、長直導線:
(1)以右手握住通電流的導線,伸直的大拇指所指的方向為 電流的方向,四指彎曲的方向即為磁場的方向。
(2)磁場形狀:呈同心圓形分佈。 
(3)當電流由下而上時,載流導線附近產生的磁場方向為逆時鐘方向。 
(4)當電流由上而下時,載流導線附近產生的磁場方向為順時鐘方向。

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圓形導線的磁場
A、圓形導線各位置電流的切線方向,即為安培右手定則的拇指方向,各點的截面都形成 同心圓的小磁場。
B、方向判定: 
(1)四指順著電流的方向彎曲,拇指的方向即為圓形線圈內磁場的方向。 
(2)圓心處的磁場最強,圓形導線內的磁場比圓圈外的磁場強。 
(3)導線上的電流相同時,半徑愈小,磁場愈強。 
(4)圓形半徑相同時,電流愈大,磁場愈強。
(5)電流方向相反時,磁場方向相反。

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螺線管
A、匝數很多的螺線形線圈通有電流時,每一圓形導 線在中心處所建立的磁場均為同向,故可以互相 增強效應,結果造成和一條形磁鐵效果相同的磁 場,線圈內磁力線與線圈外方向相反。
B、螺線形線圈內部的磁場強度大小和導線上的電流 大小成正比,也和線圈上每單位長度所含的匝數 成正比。
C、右手握住線圈,四指指向電流方向,大拇指即為 磁場方向。(即磁場的 N 極)
D、面對螺線管線圈的一端,若線圈電流方向為順時 針方向,則該端即為 S 極;若線圈電流方向為逆時針方向,則該端即為 N 極。
電磁鐵:
A、電磁鐵: 
(1)利用電流磁效應,使軟鐵棒插入螺線形線圈的內部,當通有電流時,線圈內部的磁場會使軟鐵棒磁化,使磁場強度增加。
(2)當電流切斷時,線圈以及軟鐵棒的磁性隨即消失。 
(3)此種由於電流的作用,使線圈及軟鐵棒具有磁性的裝置,稱為電磁鐵。
(4)電磁鐵的磁場 強度與線圈內 電流成正比, 與單位長度上 纏繞的線圈匝 數成正比。
B、使電磁鐵磁性增強的方法: 
(1)增加通過線圈的電流。 
(2)增加單位長度所纏繞的線圈匝數。
(3)增加線圈內軟鐵棒的數目。

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電流在磁場中所受的磁力
A、通有電流的導線,當導線上的電流方向與所在磁場 方向不平行時, 導線含受到垂直於電流方向的磁力。
(1)磁力產生的原因:電流產生的磁場與所在的磁場同向或反向所造成。
(2)磁力大小與方向: 
甲、磁力恆垂直於導線上電流方向與所受磁場方向。 
乙、電流方向與磁場垂直時,受力最大,平行時,受力=0, 不平行也不垂直時,仍受力, 但受力則介於兩者之間。
丙、導線所受磁力大小與磁場強度成正比,與導線上的電流成正比。 B、右手開掌定則:
(1)方法:將右手掌伸直,四指順著磁場方向,拇指指 向導線上的電流方向,則垂直於掌面的方向(亦即掌 面推出的方向)即為導線受磁力的方向。
(2)磁場、電流以及受力的方向,三者之間互相垂直。 
(3)載流導線在磁場中受力的現象,也適用於移動電荷,在磁場中受力的狀況。 
(4)正電荷移動的方向即為電流方向。

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C、電荷在磁場中運動時: 
(1)只要電荷運動方向不與磁場平行時,此電荷必受有磁力作用。 
(2)電荷運動方向:與磁場垂直時,電荷受力最大,與磁場平行時,電荷不受力。
(3)正電荷與負電荷受力的方向相反。 
(4)兩相鄰的平行導線,若電流方向相同,則彼此相吸;若電流方向相反,則彼此相斥。

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