一、電流的磁效應:

(一)電流的磁效應與能量轉換:

1.電流的磁效應最早由丹麥人厄司1820年發現,他無意中觀察到置於通有直流電導線附近的小磁针會受影響而偏轉,若將直流電的電流反向,則小磁針亦偏向反方向。

2.任何通有直流電的導線,在導線的周圍會建立磁場,此種現象稱為電流的磁效應

3.電流在其通過的路徑上會建立磁場,是代表能的形式發生轉變,亦即電能會消耗並轉換成磁能,仍然遵守能量守恆定律。

(二)安培定律 :

1.安培定律:磁場強度和通過導線的電流大小和距離有關。

1)電流建立的磁場強度和通過導線的電流大小成正比

2)電流建立的磁場強度和導線的距離成反比,而永久磁鐵建立的磁場強度與磁鐵的距離平方成反比。

2.安培定律旨在判斷磁場強度電流大小導線距離之間的關係,若要判斷電流磁效應所生的磁場方向,則以「安培右手定則」判斷。

 

二、安培右手定則:

(一)安培右手定則與適用類型:

1.磁場是有方向性的物理量,依據安培右手定則可以判斷導線所產生的磁場方向,運用於「長直導線」和「螺旋形線圈」兩種類型的判斷上。

2.類型長直導線通以直流電時,其周圍會產生圓形磁場分佈情形繪製成磁力線;(如圖一)。

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1)如圖一所示;長直導線因電流而產生磁場,且這些磁力線皆是以導線為圓心的同心圓。

2長直導線所建立的圓形磁力線,磁場平面與導線垂直,且磁場強度與導線的距離成反比。

【題型二】螺旋形線圈安培右手定則:用以判斷螺旋形線圈所建立的磁場,通以直流電的螺旋圈,以姆指代表線圈內的磁場方向,以四指旋轉方向代表流電方向。(如圖二)

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3.空心的螺旋形線圈在通電時也會產生磁場,若在螺旋形線圈內放置鐵、鈷、鎳等磁性物質,可以增強磁效應所生的磁場強度。(如圖三)

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4.軟鐵棒纒繞螺旋形線圈,通以直流電時即可產生磁場,切斷電流時則磁性立即消失,此種裝置稱為:電磁鐵

(二)長直導線對磁針的影響 :

1.長直導線周圍所建立的磁場是封閉的同心圓

2.放置在長直導線附近的小磁針,會受到導線建立的磁場影響,小磁針的極會向磁力線的方向偏轉。(如圖四)所示:

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(三)螺旋形線圏對磁針的影響 :

1.將小磁針置於螺旋形線圈所建立的磁場中時,小磁針的N極會受磁場影響而指向磁場的方向(如圖五)。

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2.生活中有許多利用電流磁效應的裝置,例如:電磁爐、喇叭、電鈴、電話電動機(馬達)、電風扇…等。

 

 

二、電磁鐵:

一、電磁鐵原理

1.電磁鐵所運用的原理是:電流的磁效應

2.電磁鐵需使用直流電源,所以產生的磁場方向固定,但交流電也能產生電流磁效應,只是因為交流電的電流方向不斷改變,頻率為每秒60Hz,導致感應而生的磁場方向相反而使磁性相互抵消。

3.空心螺線圈通以直流電時即有磁性產生,用安培右手定則可以判斷磁極和磁場方向(如圖一所示)

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二、電磁鐵的構造

1.以漆包線在軟鐵棒上緾繞多匝螺線形線圈的裝置,線圈密度愈高愈佳。(註:軟鐵棒即純鐵熟鐵

2.將螺線形線圈通以直流電時,軟鐵棒即可磁化為暫時磁鐵,而當電流切斷後,軟鐵棒的磁性隨即消失。(電磁鐵不可以用鋼材等硬鐵棒)

3.硬鐵棒纒繞螺旋圈漆包線,則磁化速率較慢,但於切斷電源後磁性持續較久,可製成永久磁鐵

4.甲、乙兩電磁鐵各通以相同大小的電流時,則兩線圈的磁場強度為:甲>乙。(如圖二)所示:

 

三、增強電磁鐵的方式

1.電磁鐵可藉由下列方式增強磁性:

1)增加線圈匝數

2)加大線圈的電流

3)在線圈中放置磁性物質如:等。

純度高的軟鐵棒,磁化速率較快,且當電磁鐵斷電時磁性消失也快,例如電鈴即是利用此一特性的裝置:(如圖三)

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4)圖三電路接通電源時,電磁鐵因磁化而具有磁力。

5)圖中右側附有小槌的彈簧片因磁力而向右敲擊鈴鐺,此時彈簧片因向右偏移而造成斷路(如圖四)。

6)電磁鐵在斷路時磁性消失,此時彈簧槌因受到彈力而向右移動,接觸到右側小螺絲而形成通路。

7)當電路再度形成通路時,電磁鐵的磁性隨即恢復,再度因磁力對彈簧產生向右的吸引力,使彈簧敲擊鈴鐺而發出聲音,如此斷路與通路循環交替,彈簧槌則反覆敲擊進而發出鈴聲。

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