磁鐵對載流導線的影響

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引言

通常，我們看到當我們將鐵釘放在離磁鐵一定距離的地方時，它會被吸引過去。這是為什麼呢？我們看到某些材料能夠吸引材料靠近自身。這些材料被磁鐵周圍的場吸引，該場稱為磁場。就像由於電荷產生電場一樣，磁鐵也會在其周圍產生磁場。在載流導線周圍也會產生磁場。

什麼是磁鐵？

這是一種金屬，可以吸引某些型別的材料靠近自身。磁鐵周圍存在一定的空間區域，在該區域內可以感受到磁效應。因此，如果鐵釘位於該磁場中，它將受到吸引，如果它遠超該磁場，則不會被吸引。條形磁鐵是一種形狀為長方形並具有磁場的磁鐵。

磁鐵有兩個極：北極和南極。磁鐵周圍會產生一個場。如果我們將任何磁鐵的南極與另一個磁鐵的南極放在一起，它們會相互排斥。這意味著同性磁極相互排斥。類似地，南極和北極會相互吸引。這意味著異性磁極相互吸引。磁鐵主要有三種類型。

• 臨時磁鐵，當磁場移除時，物體失去磁性。

• 永久磁鐵在磁化後不易失去磁性。

• 電磁鐵在需要強磁鐵時使用。

並非所有材料都會被磁鐵吸引。塑膠、玻璃和橡膠等材料不會被磁鐵吸引，是非磁性材料。釘子、螺絲、杆等材料會被磁鐵吸引，是磁性材料。

什麼是磁場？

有一些材料像磁鐵一樣，傾向於吸引其他材料。這種吸引力是由於磁鐵周圍的一個場，該場吸引放置在離磁鐵一定距離的材料。磁場總是與磁鐵相關聯，材料在其中感受到磁效應。

磁場是磁鐵周圍的整個區域，物體在其中感受到磁力。它既有大小又有方向。用B表示。

圖 1：磁力線

透過繪製磁力線來描述它。這些是連線北極和南極的假想線。這些線顯示了從條形磁鐵外部的 N 極到 S 極的方向，以及從其內部的 S 極到 N 極的方向。這些線不會相互交叉。如果我們在這些線上的一點畫一條切線，它就會給出該點沿場的磁場方向。單位面積上的磁力線總數表示磁場的大小。

此外，磁場是由運動的電荷產生的。在導體周圍，電流流過該區域，該區域有一個偏轉其中的材料的磁場。

圖 2：導體周圍的磁場

右手定則

此規則用於確定載流直導線周圍磁場的方向。要理解此規則，首先我們需要了解電流是如何產生磁場的。

圖 3：電流透過導體

在導線 AB 中，載流導體產生的磁力線形成同心圓，這些圓的圓心位於導線上。如圖所示，我們有一根直導線 AB 穿過水平硬紙板。導線 AB 的兩端連線到電池。當開關開啟時，電流透過導線 AB，並在其周圍產生圓形的磁力線。靠近導線的指南針用於找到產生的磁場的方向。根據此規則確定導體磁場的方向。

圖 4：右手定則

在右手拇指規則中，拇指表示電流流過導線的方向，其餘手指表示導線周圍磁力線的方向。這意味著導線周圍存在圓形磁場。

因此，我們得出結論，如果電流方向向上，則磁場為逆時針方向；如果電流方向向下，則磁場為順時針方向。

演示磁鐵對載流導線影響的實驗

進行了一個實驗，如果將載流直導線和磁羅盤針放在導線附近，則會顯示一些偏轉。因此它得出兩個結論：

• 當導線中的電流增加時，它會增加導線本身產生的磁場的大小。

• 當某點到導線的距離增加時，它會減小由於電流流過導線而產生的磁場的大小。

1820 年，漢斯·克里斯蒂安·奧斯特觀察到了電流的磁效應。

圖 5：演示磁鐵對載流導線影響的實驗裝置

在一個實驗中，奧斯特取了一個簡單的電路，並以使電流流過電路的方式連線了一個電池，然後將一個指南針放在電路附近。現在他觀察到，當電流透過導線時，磁羅盤針會發生偏轉。他又將相同的磁針移開導線。現在他觀察到，即使電流透過導線的量相同，偏轉也減小了。

因此，他得出結論，針越近，偏轉越大。此外，他觀察到，當增加透過電路的電流量時，偏轉會增加，類似地，當減少透過電路的電流量時，偏轉會減小。

結論

磁鐵總是有兩個極。磁鐵周圍感受到磁力的區域稱為磁場。可以在磁場區域內感受到的力是磁力。此外，載有電流的導線表現得像磁鐵。可以使用右手定則找到電流和磁場的方向。

常見問題

Q1. 寫出磁鐵的兩種用途。

答：

• 在指南針中指示方向

• 在電動機中

Q2. 你對“螺線管”一詞的理解是什麼？

答。一個圓柱形絕緣體（其長度大於其直徑），包含許多匝絕緣銅線繞組，稱為螺線管。

Q3. 磁場是否需要接觸材料才能吸引它們？

答。不。磁力可以在距離上起作用，這表明磁鐵不需要接觸物體即可吸引它。

Q4. 在磁場中，導體由於磁場而受到力的作用。說明力的方向取決於哪些因素。

答：

• 透過導體的電流方向。

• 透過導體產生的磁場方向。

Q5. 最強磁場的極限是多少？

答。磁場強度沒有根本的限制。