6-5
電流的磁效應
歷史發展
長直載流導線所產生的磁場
螺線管
電磁鐵
磁場作用於載流導線上的磁力
6 - 5 電流的磁效應
歷史發展：
◎在十九世紀前，電和磁被認為是兩種獨立的現象，彼此毫無關係。
◎1820年，丹麥物理教授厄司特在上課時，意外地發現一條通有電流的導線，竟然使附近的磁針產生偏轉，即載流導線的周圍會產生磁場，這就是電流的磁效應，顯示電和磁有密切的關係。
◎隨後安培深入研究電流的磁效應，並且建立了電流和所生磁場之間的數量關係。電流的磁效應是物理史上的重大發現。
厄司特的發現：當導線上有電流通過時，周圍產生磁場，會使附近的磁針產生偏轉。
長直載流導線所產生的磁場
◎磁力線的形狀為一圈圈的同心圓。靠近導線的周圍，磁力線較密集，顯示磁場強度較強；反之，離導線愈遠，則磁場強度隨距離的增加而遞減。
◎磁力線的方向，即磁針N極的受力方向，可以用安培右手定則來決定：以右手握住載有電流的長直導線，若大拇指指向電流的方向，則其餘四手指的方向即為所生磁場的方向
螺線管和電磁鐵
◎安培在重複厄司特所做的實驗時，發現如果將導線彎成環形，通以電流後所產生的磁場，就如同一個圓盤形磁鐵所生的磁場。
◎進一步將導線彎成螺旋形，則所生的磁場和圓柱形磁鐵所生的磁場一樣。
◎載流螺旋形線圈（或稱螺線管）所產生的磁場方向，也可用安培右手定則來決定，但和前述適用於載流長直導線者稍有不同：以右手握住螺旋線圈，若以四個手指的方向為電流的方向，則大拇指的方向為螺線管內所生磁場的方向
安培的實驗顯示電流產生的磁場和磁鐵產生者沒有什麼不同。
電磁鐵：
◎從圖可看出螺線管內可以產生相當均勻的磁場，而且磁場強度較管外強得多，在螺線管中間外側的磁場強度最為微弱。
◎螺線管的線圈匝數愈密集，或流經線圈的電流愈大，則在管內產生的磁場就愈強。加長螺線管的長度，則管內的磁場將更為均勻。
◎如果在螺線管內插入軟鐵芯，可使磁場大為增強，稱為電磁鐵。
◎也可在U形軟鐵芯外面直接繞上線圈，當線圈接通電流時，軟鐵磁化成為磁鐵；
◎當電流切斷時，其磁性隨之消失，因此電磁鐵屬於暫時磁鐵。
◎電磁鐵的應用很廣，如電磁門鎖、電鈴、電磁鐵起重機等。
電鈴的原理：當開關按下後，電流接通，電磁鐵的鐵心具有磁性，吸引附有軟鐵片的彈簧片，小鎚被帶動擊鈴發出鈴聲。但軟鐵片一被電磁鐵吸引後，即形成斷路，使電磁鐵的磁性消失，不再吸引軟鐵片，結果彈簧片彈回原位，於是電路又復接通，電磁鐵又有磁性。如此重複，故鈴聲可持續發出。
磁場作用於載流導線上的磁力 ---- 電磁力
置放於磁場中的載流導線，受到橫向的磁力作用。
若以右手拇指指向電流的方向，其餘四指併攏伸直指向磁場的方向，則手掌心推出的方向即為導線的受力方向。
電磁力：在前節中，我們知道載流導線產生的磁場，會使附近的磁針受力產生偏轉；反過來說，從實驗中我們發現，置放在磁場中的載流導線，會受到橫向的磁力作用。
大小：當磁場方向和電流方向垂直時，所受的磁力最大；當兩者間的夾角偏離直角時，則磁力隨之減小；當兩者平行時，則磁力為零。
方向：導線所受磁力的方向，可以右手開掌定則來決定。
兩兩垂直：根據此定則，導線所受的磁力同時垂直於電流方向和磁場方向，因此作用在導線的橫方向上。
想想：數學上的x、y、z座標是否也是兩兩垂直？
電動機（習稱馬達）的原理就是利用載流線圈在磁場中所受的力矩，產生轉動。
置於磁場中的載流線圈，其垂直於磁場方向的兩邊，受到相反方向的磁力作用，產生力矩而轉動。
電流計或稱檢流計：是用以檢測電流的電表。它是安培計和伏特計內部的主要元件。檢流計的原理和上述電動機的原理相似，只是沒有使用集電環，外接的電流直接輸入轉動線圈。
圖中的永久磁鐵設計成曲面，固定的軟鐵芯用於增強兩磁極間的磁場強度，其中心線和轉動線圈的中心線相合。當電流接通時，線圈轉動，連接線圈的指針亦隨之偏轉。游絲彈簧用於平衡線圈的轉動力矩，因此指針可停在預先校準的刻度上。從指針偏轉的角度，我們可藉以測出電流的大小。