電流磁效應

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： 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…. 丹麥人 厄斯特 Hans Christian Oersted 西元 1777－1851年

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。

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 (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。  導線整體： 磁場分佈成同心圓柱體 導線軸平面：鐵粉分佈成同心圓

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 電流方向

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。 動畫

電流方向相反時相對位置的磁場方向相反

通電流的導線 磁力線 磁力線稀疏 磁力線密集 X(距離) 近 遠 （磁場強） （磁場弱）

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) 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  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 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 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 B.磁針在導線之上 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 磁針向上 B.磁針在導線之上 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 B.磁針在導線之上 3.電流由北至南 磁針向東偏 1.未通電流 磁針未偏轉 2.電流由南至北 磁針向西偏 B.磁針在導線之上 1.未通電流 磁針未偏轉 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？ 磁場方向 電流方向

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 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 環形導線=將直導線彎曲成環狀 通電流的環形導線=無限多小段通電流的直導線的集合 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， 所以環形線圈所建立的磁場大於長直導線建立的磁場， 而導線繞越多圈磁場越大 環 面 A B C D

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 磁場方向為進入環面 I 順時針方向 磁力線方向和環面垂直(由安培右手定則知) 磁力線方向的判斷：變化的安培右手定則 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 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 2.線圈密度(單位長度內線圈的圈數)：正比關係 電流愈大則磁場愈強，反之則愈弱 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？ 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。 N S 磁力線 電流方向 動畫

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， 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。 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 磁鐵 電磁鐵 半圓形金屬環 電刷 中心軸

簡易電動機的轉動原理 半圓形金屬環 電刷 線圈和鐵芯 永久磁鐵 (A) (B) (C) (D) 動畫

簡易電動機的轉動原理 電流經由電刷流入線圈時，線圈會產生磁場，使鐵芯帶有磁性而形成電磁鐵。 半圓形金屬環 電刷 線圈和鐵芯 永久磁鐵 (A) (B) 電流經由電刷流入線圈時，線圈會產生磁場，使鐵芯帶有磁性而形成電磁鐵。 由於電磁鐵兩端的極性與磁鐵的極性相同而排斥，線圈因而發生轉動。 簡易電動機的轉動原理

簡易電動機的轉動原理 由於半圓形金屬環的作用，線圈轉動半圈後，線圈上的電流就會反向，線圈兩端的極性也隨之改變，電磁鐵兩端的極性仍與磁鐵的極性相同而排斥，因此線圈與轉軸就能不斷地朝同一方向轉動 (C) (D)

電鈴的原理 通電後，電磁鐵吸引彈簧片向右，使彈簧片上的小鎚擊鈴發出聲響。 彈簧片與調整螺絲分離而形成斷路。 彈力使彈簧片回到原位再度形成通路。 小鎚再度敲擊發出聲響。 開關 小鎚 鈴 調整螺絲 彈簧片 電磁鐵