高三選修物理(下) 第 8 章 磁場 1
8-1 磁場
1.意義：在磁鐵或通電流之導體周圍，磁力所能作用的空間。 ※我們可以將磁場想像成傳遞磁力作用的媒介，因此對於一塊磁鐵與另一塊磁鐵間的「超 距力」，也可以解釋為一塊磁鐵先在空間中建立一個磁場，再藉由該磁場對另一塊磁 鐵產生靜磁力。 2.磁場強度： (1)定義：「單位磁極」在磁場中所受的 力。 (2)公式：B＝ 2 m F ＝ o 21 r m 4 ＝ 21 r m k (3)方向：將一支懸掛的小磁針置於空間某處，平衡時小磁針 N 極所指的方向，即為空間 該處的磁場方向。 (4)單位：韋伯/公尺2 (Weber/m2 )或 nt/A-m 簡稱特士拉(tesla)。1 特士拉(T)＝104 高斯(G)二、磁力線～～法拉第所提出
1.意義：在磁場中某點放置一個小磁針，則磁針南極至北 極的方向使表示該點磁場的方向。移動磁針至各個 不同的點，循序描畫各點磁場的方向，使成磁力 線，如圖所示。 2.磁力線之性質： (1)磁力線發自磁鐵的 N 極經外部進入磁鐵的 S 極，再經磁鐵內部而返回磁鐵的 N 極形成 一封閉曲線。 (2)磁力線互不相交，具有收縮、互相排斥的特性。 (3)磁力線上一點之切線方向表示該點磁場的方向。 (4)磁力線的密度表示磁場強度大小 在磁極的附近磁場較強，磁力線比較擁擠些。 (5)磁力線在鐵內較空氣中容易通過。高三選修物理(下) 第 8 章 磁場 2
8-2 電流的磁效應
※電流的磁效應
一、電流的磁效應～～丹麥物理學家厄司特，首先發現。 1.定義：電流通過導線時，即在其周圍產生磁場的現象 稱為電流的磁效應。 二、安培右手定則～～磁場方向之判定 1.載流直導線建立之磁場： 若用右手握導線，拇指指向電流方向，則四指彎曲所指即為磁場方向。 2.載流圓線圈(或螺線管)建立之磁場： 若用右手握導線，四指彎曲方向指電流方向，則姆指方向即為磁場方向。 三、必歐(Biot)-沙伐(Savart)定律 1.狀況：如下圖(a)所示Δ L 為一小段導線，載電流 i。此電流 i 在距Δ L 為r的 P 點產生一 磁場(亦稱磁感應或磁通密度)B，方向如圖。r和Δ L 處的電流 i 方向的夾角為θ ， B 與及 i 都正交，B和 i 方向的關係可用右手定則表示，如圖(b)所示。 2.公式：由實驗知，磁場B之量值，與 i、Δ L 及 sinθ 皆成正比，與 r2 成反比， 即 Δ B＝ 2 sin 4 r L i o 此式稱為必歐-沙伐定律(Δ L 之力向即電流 i 之方向)。 註：由上式得知，一電流 i 的磁場B，在平行電流方向上(即θ ＝0o 或 180o )的值為零。 四、磁場 B 的單位： 1.特士拉(tesla 或 T)(M.K.S.制)： 在必歐-沙伐定律中，若電流 i 的單位為安培(Amp 或 A)，距離 r 的單位為公尺(m)， 而真空中的磁導率 7 10 4 o 特士拉-公尺/安培，則磁場 B 的單位為特士拉。 2.高斯(Gauss 或 G)(C.G.S.制)： 註：(1)1 特士拉(T)＝104 高斯(G)＝104 馬克士威/公分2 (maxwell/cm2 ) ※1 韋伯(wb)＝108 條磁力線＝108 Maxwell (2)在地球表面的地球磁場約為 0.5 高斯(0.5×10－4 特士拉)，一般小磁鐵棒的磁場約為 100 高斯，大型的電磁鐵可達 20,000 高斯的磁場，超導磁鐵可產生更強的磁場。高三選修物理(下) 第 8 章 磁場 3
