中文名 | 電流磁效應(yīng) | 外文名 | Galvanomagnetic effect |
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屬????性 | 磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象 | 研????究 | 吉爾伯特 |
國????家 | 丹麥 |
電流的磁效應(yīng)(通電會產(chǎn)生磁):奧斯特發(fā)現(xiàn),任何通有電流的導(dǎo)線,都可以在其周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象,稱為電流的磁效應(yīng)。
非磁性金屬通以電流,卻可產(chǎn)生磁場,其效果與磁鐵建立的磁場相同。
通有電流的長直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場:
在通電流的長直導(dǎo)線周圍,會有磁場產(chǎn)生,其磁感線的形狀為以導(dǎo)線為圓心一封閉的同心圓,且磁場的方向與電流的方向互相垂直.。
用右手握住導(dǎo)線,大拇指指向電流的方向(所以必須是直流電,電流的方向,在導(dǎo)線中是由正極到負(fù)極),其余四指所指的方向,即為磁力線的方向或磁針N極所受磁力的方向。
以右手握住線圈,四指指向?qū)Ь€上電流的方向,則大拇指所指即為磁力線方向。
H(高斯)=2I(安培)/10r(公分)<;==長直導(dǎo)線
I:系指導(dǎo)線上的總電流,可借著增加線圈的匝數(shù)來提高導(dǎo)線上的總電流。
r:為與導(dǎo)線間的垂直距離。
*注:地球磁場約0.2高斯。
螺管線圈:管面半徑a,管長L,線圈總匝數(shù)N,距端面為X的P點(diǎn)
a.空心:X點(diǎn)之磁場
b.若在螺線管內(nèi)塞滿磁鐵性物質(zhì),除了原有空心線圈所產(chǎn)生的磁場外,另外還得加上這些物質(zhì)磁化后所造的磁場,即總磁場強(qiáng)度(B)應(yīng)為
B=H 4πM=H 4πXH=(1 4πX)H=μH
X:導(dǎo)磁M:磁化強(qiáng)度H:空心線圈之磁場
由上式可知塞有磁性物質(zhì)的螺線管,其所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為空心線圈的M倍。一般鐵磁性物質(zhì)的μ值在數(shù)百到數(shù)萬之間。
電流磁效應(yīng)奧斯特的"電流碰撞"
丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特(H.C.Oersted,1777-1851)就是其中的一位。他是康德哲學(xué)思想的信奉者,深受康德等人關(guān)于各種自然力相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)思想的影響,奧斯特堅信客觀世界的各種力具有統(tǒng)一性,并開始對電、磁的統(tǒng)一性的研究。1751年富蘭克林用萊頓瓶放電的辦法可使鋼針磁化,這對奧斯特啟發(fā)很大,他認(rèn)識到電向磁轉(zhuǎn)化不是可能不可能的問題,而是如何實(shí)現(xiàn)的問題,電與磁轉(zhuǎn)化的條件才是問題的關(guān)鍵。開始奧斯特根據(jù)電流通過直徑較小的導(dǎo)線會發(fā)熱的現(xiàn)象推測:如果通電導(dǎo)線的直徑進(jìn)一步縮小那么導(dǎo)線就會發(fā)光如果直徑進(jìn)一步縮小到一定程度,就會產(chǎn)生磁效應(yīng)。但奧斯特沿著這條路子并未能發(fā)現(xiàn)電向磁的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。奧斯特沒有因此灰心,仍在不斷實(shí)驗,不斷思索,他分析了以往實(shí)驗都是在電流方向上尋找
??電流磁效應(yīng)
電流的磁效應(yīng),結(jié)果都失效了,莫非電流對磁體的作用根本不是縱向的,而是一種橫向力,于是奧斯特繼續(xù)進(jìn)行新的探索。1820年4月的一天晚上,奧斯特在為精通哲學(xué)及具備相當(dāng)物理知識的學(xué)者講課時,突然來了"靈感",在講課結(jié)束時說:"讓我把通電導(dǎo)線與磁針平行放置來試試看!"于是,他在一個小伽伐尼電池的兩極之間接上一根很細(xì)的鉑絲,在鉑絲正下方放置一枚磁針,然后接通電源,小磁針微微地跳動,轉(zhuǎn)到與鉑絲垂直的方向。小磁針的擺動,對聽課的聽眾來說并沒什么,但對奧斯特來說實(shí)在太重要了,多年來盼望出現(xiàn)的現(xiàn)象,終于看到了,當(dāng)時簡直使他愣住,他又改變電流方向,發(fā)現(xiàn)小磁針向相反方向偏轉(zhuǎn),說明電流方向與磁針的轉(zhuǎn)動之間有某種聯(lián)系。
奧斯特為了進(jìn)一步弄清楚電流對磁針的作用,于1820年4月到7月,費(fèi)了三個月的時間,做了六十多個實(shí)驗,他把磁針放在導(dǎo)線的上方、下方,考察了電流對磁針作用的方向;把磁針放在距導(dǎo)線不同距離,考察電流對磁針作用的強(qiáng)弱;把玻璃、金屬、木頭、石頭、瓦片、松脂,水等放在磁針與導(dǎo)線之間,考察電流對磁針的影響;……。于1820年7月21日發(fā)表了題為《關(guān)于磁針上電流碰撞的實(shí)驗》的論文,這篇論文僅用四頁紙,十分簡潔地報告了他的實(shí)驗,向科學(xué)界宣布了電流的磁效應(yīng)。1820年7月21日作為一個劃時代的日子載入史冊,它揭開了電磁學(xué)的序幕,標(biāo)志著電磁學(xué)時代的到來。
奧斯特當(dāng)時把電流對磁體的作用稱為"電流碰撞",他總結(jié)出了兩個特點(diǎn):一是電流碰撞存在于載流導(dǎo)線的周圍;二是電流碰撞"沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線的螺紋線傳播"。奧斯特實(shí)驗證實(shí)了電流所產(chǎn)生的磁力的橫向作用,他的廿年前的信念,終于靠自己的實(shí)驗證實(shí)了。
有人說奧斯特的電流磁效應(yīng)是"偶然地發(fā)現(xiàn)了磁針轉(zhuǎn)動",當(dāng)然也不無道理,但是法國的巴斯德說得好:"在觀察的領(lǐng)域中,機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦。"
奧斯特的發(fā)現(xiàn)轟動了整個歐洲,對法國學(xué)術(shù)界的震動尤大,法國物理學(xué)家阿拉果在瑞士聽到了奧斯待發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的消息,十分敏銳地感到這一成果的重要性,迅即于1820年9月初從瑞士趕回法國。9月11日即向法國科學(xué)院報告了奧斯特的這一最新發(fā)現(xiàn),他詳細(xì)地向科學(xué)院的同事們描述了電流磁效應(yīng)的實(shí)驗。阿拉果的報告,在法國科學(xué)家中引起了很大反響。當(dāng)時,以科學(xué)上極為敏感、最能接受他人成果而著稱的安培(A.M.Ampere,1775-1836)對此作出了異乎尋常的反應(yīng),他于第二天就重復(fù)了奧斯特的實(shí)驗,并加以發(fā)展,在一周內(nèi)于9月18日向法國科學(xué)院報告了第一篇論文,闡述了他重復(fù)做的電流對磁針的實(shí)驗,并提出了圓形電流產(chǎn)生磁性的可能性。安培在這個實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)磁針轉(zhuǎn)動的方向與電流方向的關(guān)系服從右手定則,即是后人稱它為"安培右手定則"。
此后安培又創(chuàng)造性地發(fā)展了實(shí)驗內(nèi)容,研究了電流對電流的作用,這比奧斯特實(shí)驗大大前進(jìn)了一步。9月25日他又向法國科學(xué)院提出了第二篇論文,闡述了他用實(shí)驗證明了兩平行載流導(dǎo)線,當(dāng)電流方向相同時相互吸引,當(dāng)電流方向相反時相互排斥。之后安培又用各種形狀的曲線載流導(dǎo)線,研究他們之間的相互作用,并于10月9日提出了第三篇論文。
在這以后安培又花了兩、三個月的時間集中力量研究電流之間的相互作用。安培以極精巧的實(shí)驗和相當(dāng)高超的數(shù)學(xué)技巧結(jié)合起來,做了四個實(shí)驗。
第一個實(shí)驗,安培用一無定向秤檢驗對折通電導(dǎo)線有沒有作用力,結(jié)果是否定的,從而證明當(dāng)電流反向時,它產(chǎn)生的作用也相反。
第二個實(shí)驗,安培仍用一無定向秤檢驗一對折通電導(dǎo)線,只是這時對折導(dǎo)線的另一臂繞成螺旋線,結(jié)果也是否定的,從而證明,電流元具有矢量性質(zhì),即許多電流元的合作用等于各單個電流元所產(chǎn)生的作用的矢量和。
第三個實(shí)驗,安培設(shè)計了一個裝置,同一端固定于圓心的絕緣柄固連一圓弧形導(dǎo)體,再將圓弧形導(dǎo)線架在兩個通電的水銀槽上.然而用各種通電線圈對它作用,結(jié)果卻不能使圓弧形導(dǎo)體沿其電流方向運(yùn)動。從而證明,作用在電流元上的力是與它垂直的。
第四個實(shí)驗,安培用1.2、3三個相同的線圈,這三個線圈的線度之比與三線圈間距之比一致,通電后發(fā)現(xiàn):1、3線圈對2線圈的合作用為零。從而證明,各電流強(qiáng)度和相互作用距離增加同樣倍數(shù)時,作用力不變。
安培提出了一個假設(shè)是兩電流元之間的相互作用力沿著它們的連線,在此基礎(chǔ)上,安培總結(jié)得出兩電流元之間的作用力與距離平方成反比的公式,這就是著名的安培定律。安培于同年12月4日向法國科學(xué)院報告了這個極為重要的成果。
為了解釋奧斯特效應(yīng),安培把磁的本質(zhì)簡化為電流,認(rèn)為磁體有一種繞磁軸旋進(jìn)的電流,磁體中的電流與導(dǎo)體中的電流相互作用便導(dǎo)致了磁體的轉(zhuǎn)動。這在某種意義上起到了用電流相互作用力來統(tǒng)一解釋各種電磁現(xiàn)象的效果。
但菲涅耳對安培的磁體電流提出了質(zhì)疑,他認(rèn)為磁體中既然有電流,磁體就應(yīng)當(dāng)有明顯的溫升現(xiàn)象,但實(shí)際上無法測量出磁體的自發(fā)放熱。在這種情況下,安培又提出了著名的分子電流假設(shè):磁性物質(zhì)中每個分子都有一微觀電流,每個分子的圓電流形成一個小磁體。在磁性物質(zhì)中,這些電流沿磁軸方向規(guī)律地排列,從而顯現(xiàn)一種繞磁軸旋轉(zhuǎn)的電流,如同螺線管電流一樣。1827年安培發(fā)表了《電動力學(xué)現(xiàn)象的理論》.將其電動力學(xué)的數(shù)學(xué)理論牢固地建立在分子電流假設(shè)的基礎(chǔ)上。
在安培得出電流元相互作用公式之前,法國科學(xué)家畢奧(J.B.Biot,1774-1862)和薩伐爾(F.Savart,1791-1841)通過實(shí)驗得到了載流長直導(dǎo)線對磁極的作用反比于距離r的結(jié)果,后來法國數(shù)學(xué)家拉普拉斯(P.S.Laplace,1749-1827)用絕妙的數(shù)學(xué)分析,幫他們把實(shí)驗結(jié)果提高到理論高度,得出了畢奧-薩伐爾-拉普拉斯定律(簡稱畢-薩-拉定律)給出了電流元所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的公式,闡明電流元在空間某點(diǎn)所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的大小正比于電流元的大小,反比于電流元到該點(diǎn)距離的平方,磁場強(qiáng)度的方向按右手螺旋法則確定,垂直于電流元到場點(diǎn)的距離。
奧斯特的發(fā)現(xiàn)揭示了長期以來認(rèn)為性質(zhì)不同的電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系,電磁學(xué)立即進(jìn)入了一個嶄新的發(fā)展時期,法拉第后來評價這一發(fā)現(xiàn)時說:"它猛然打開了一個科學(xué)領(lǐng)域的大門,那里過去是一片漆黑,如今充滿光明。"人們?yōu)榱思o(jì)念這位博學(xué)多才的科學(xué)家,從1934年起用"奧斯特"的名字命名磁場強(qiáng)度的單位。
從1820年7月奧斯特發(fā)表電流的磁效應(yīng)到12月安培提出安培定律,這期間僅僅經(jīng)歷了四個多月時間。但電磁學(xué)卻經(jīng)歷了從現(xiàn)象的總結(jié)到理論的歸納這一大飛躍,從而開創(chuàng)了電動力學(xué)的理論。這些成就的取得反映了當(dāng)時物理學(xué)界的杰出人物的思想敏捷與高超的數(shù)學(xué)水平,也反映了物理學(xué)家們鍥而不舍的科學(xué)鉆研精神。
1731年,一名英國商人發(fā)現(xiàn),雷電過后,他的一箱刀叉竟然有了磁性。1751年,富蘭克林發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電可使縫衣針磁化。
說白了就是:原本靜置在那里的發(fā)輸變電、用電設(shè)備等,如三相架空線等,在發(fā)生短路的時候,由靜態(tài)變成動態(tài)。比如,長距離輸電電線發(fā)生短路的時候,整個架空線會顫抖啥的,由短路電向外擴(kuò)散。
集膚效應(yīng)又叫趨膚效應(yīng)。是電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時,會于總導(dǎo)體表層,而非平均分布于整個導(dǎo)體的截面積中。因為當(dāng)導(dǎo)線流過交變電流時,根據(jù)楞次定律會在導(dǎo)線內(nèi)部產(chǎn)生渦流,與導(dǎo)線中心電流方向相反,...
場效應(yīng)管在夾斷后,還有飽和電流的原因是:當(dāng)漏一源之間接上+ VDS時,從源一溝道一漏組成的N型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了一個橫向的電位梯度:源區(qū)為零電位,漏區(qū)為+ VIB,而溝道的電位則從源端向漏端逐漸升高。...
1731年,一名英國商人發(fā)現(xiàn),雷電過后,他的一箱刀叉竟然有了磁性。
1751年,富蘭克林發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電可使縫衣針磁化。
奧斯特的“電流碰撞”
丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特(H.C.Oersted,1777-1851)是康德哲學(xué)思想的信奉者,深受康德等人關(guān)于各種自然力相互轉(zhuǎn)化的哲學(xué)思想的影響,奧斯特堅信客觀世界的各種力具有統(tǒng)一性,并開始對電、磁的統(tǒng)一性的研究。1751年富蘭克林用萊頓瓶放電的辦法使鋼針磁化的發(fā)現(xiàn)對奧斯特啟發(fā)很大,他認(rèn)識到電向磁轉(zhuǎn)化不是可能不可能的問題,而是如何實(shí)現(xiàn)的問題,電與磁轉(zhuǎn)化的條件才是問題的關(guān)鍵。開始奧斯特根據(jù)電流通過直徑較小的導(dǎo)線會發(fā)熱的現(xiàn)象推測:如果通電導(dǎo)線的直徑進(jìn)一步縮小那么導(dǎo)線就會發(fā)光如果直徑進(jìn)一步縮小到一定程度,就會產(chǎn)生磁效應(yīng)。但奧斯特沿著這條路子并未能發(fā)現(xiàn)電向磁的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。奧斯特沒有因此灰心,仍在不斷實(shí)驗,不斷思索,他分析了以往實(shí)驗都是在電流方向上尋找電流的磁效應(yīng),結(jié)果都失效了,莫非電流對磁體的作用根本不是縱向的,而是一種橫向力,于是奧斯特繼續(xù)進(jìn)行新的探索。1820年4月的一天晚上,奧斯特在為精通哲學(xué)及具備相當(dāng)物理知識的學(xué)者講課時,突然來了“靈感”,在講課結(jié)束時說:“讓我把通電導(dǎo)線與磁針平行放置來試試看!”于是,他在一個小伽伐尼電池的兩極之間接上一根很細(xì)的鉑絲,在鉑絲正下方放置一枚磁針,然后接通電源,小磁針微微地跳動,轉(zhuǎn)到與鉑絲垂直的方向。小磁針的擺動,對聽課的聽眾來說并沒什么,但對奧斯特來說實(shí)在太重要了,多年來盼望出現(xiàn)的現(xiàn)象,終于看到了,當(dāng)時簡直使他愣住,他又改變電流方向,發(fā)現(xiàn)小磁針向相反方向偏轉(zhuǎn),說明電流方向與磁針的轉(zhuǎn)動之間有某種聯(lián)系。
奧斯特為了進(jìn)一步弄清楚電流對磁針的作用,于1820年4月到7月,費(fèi)了三個月的時間,做了六十多個實(shí)驗,他把磁針放在導(dǎo)線的上方、下方,考察了電流對磁針作用的方向;把磁針放在距導(dǎo)線不同距離,考察電流對磁針作用的強(qiáng)弱;把玻璃、金屬、木頭、石頭、瓦片、松脂,水等放在磁針與導(dǎo)線之間,考察電流對磁針的影響……。并于1820年7月21日發(fā)表了題為《關(guān)于磁針上電流碰撞的實(shí)驗》的論文,這篇論文僅用四頁紙,十分簡潔地報告了他的實(shí)驗,向科學(xué)界宣布了電流的磁效應(yīng)。1820年7月21日作為一個劃時代的日子載入史冊,它揭開了電磁學(xué)的序幕,標(biāo)志著電磁學(xué)時代的到來。
奧斯特當(dāng)時把電流對磁體的作用稱為“電流碰撞”,他總結(jié)出了兩個特點(diǎn):一是電流碰撞存在于載流導(dǎo)線的周圍;二是電流碰撞“沿著螺紋方向垂直于導(dǎo)線的螺紋線傳播”。奧斯特實(shí)驗證實(shí)了電流所產(chǎn)生的磁力的橫向作用,他在二十年前建立的信念,終于靠自己的實(shí)驗證實(shí)了。
有人說奧斯特的電流磁效應(yīng)是“偶然地發(fā)現(xiàn)了磁針轉(zhuǎn)動”,當(dāng)然也不無道理,但是法國的巴斯德 說得好:“在觀察的領(lǐng)域中,機(jī)遇只偏愛那種有準(zhǔn)備的頭腦 。”
又稱右手螺線管定則
奧斯特的發(fā)現(xiàn)轟動了整個歐洲,對法國學(xué)術(shù)界的震動尤大,法國物理學(xué)家阿拉果在瑞士聽到了奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的消息,十分敏銳地感到這一成果的重要性,隨即于1820年9月初從瑞士趕回法國。9月11日即向法國科學(xué)院報告了奧斯特的這一最新發(fā)現(xiàn),他詳細(xì)地向科學(xué)院的同事們描述了電流磁效應(yīng)的實(shí)驗。阿拉果的報告,在法國科學(xué)家中引起了很大反響。當(dāng)時,以科學(xué)上極為敏感、最能接受他人成果而著稱的安培(A.M.Ampere,1775-1836)對此作出了異乎尋常的反應(yīng),他于第二天就重復(fù)了奧斯特的實(shí)驗,并加以發(fā)展,在一周內(nèi)于9月18日向法國科學(xué)院報告了第一篇論文,闡述了他重復(fù)做的電流對磁針的實(shí)驗,并提出了圓形電流產(chǎn)生磁性的可能性。安培在這個實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)磁針轉(zhuǎn)動的方向與電流方向的關(guān)系服從右手定則,即是后人稱它為“安培右手定則”。
此后安培又創(chuàng)造性地發(fā)展了實(shí)驗內(nèi)容,研究了電流對電流的作用,這比奧斯特實(shí)驗大大前進(jìn)了一步。他又向法國科學(xué)院提出了第二篇論文,闡述了他用實(shí)驗證明了兩平行載流導(dǎo)線,當(dāng)電流方向相同時相互吸引,當(dāng)電流方向相反時相互排斥。之后安培又用各種形狀的曲線載流導(dǎo)線,研究他們之間的相互作用,并提出了第三篇論文。
在這以后安培又花了兩、三個月的時間集中力量研究電流之間的相互作用。安培以極精巧的實(shí)驗和相當(dāng)高超的數(shù)學(xué)技巧結(jié)合起來,做了四個實(shí)驗。
第一個實(shí)驗,安培用一無定向秤檢驗對折通電導(dǎo)線有沒有作用力,結(jié)果是否定的,從而證明當(dāng)電流反向時,它產(chǎn)生的作用也相反。
第二個實(shí)驗,安培仍用一無定向秤檢驗一對折通電導(dǎo)線,只是這時對折導(dǎo)線的另一臂繞成螺旋線,結(jié)果也是否定的,從而證明,電流元具有矢量性質(zhì),即許多電流元的合作用等于各單個電流元所產(chǎn)生的作用的矢量和。
第三個實(shí)驗,安培設(shè)計了一個裝置,同一端固定于圓心的絕緣柄固連一圓弧形導(dǎo)體,再將圓弧形導(dǎo)線架在兩個通電的水銀槽上.然而用各種通電線圈對它作用,結(jié)果卻不能使圓弧形導(dǎo)體沿其電流方向運(yùn)動。從而證明,作用在電流元上的力是與它垂直的。
第四個實(shí)驗,安培用1.2、3三個相同的線圈,這三個線圈的線度之比與三線圈間距之比一致,通電后發(fā)現(xiàn):1、3線圈對2線圈的合作用為零。從而證明,各電流強(qiáng)度和相互作用距離增加同樣倍數(shù)時,作用力不變。
安培提出了一個假設(shè)是兩電流元之間的相互作用力沿著它們的連線,在此基礎(chǔ)上,安培總結(jié)得出兩電流元之間的作用力與距離平方成反比的公式,這就是著名的安培定律。安培于同年12月4日向法國科學(xué)院報告了這個極為重要的成果。
為了解釋奧斯特效應(yīng),安培把磁的本質(zhì)簡化為電流,認(rèn)為磁體有一種繞磁軸旋進(jìn)的電流,磁體中的電流與導(dǎo)體中的電流相互作用便導(dǎo)致了磁體的轉(zhuǎn)動。這在某種意義上起到了用電流相互作用力來統(tǒng)一解釋各種電磁現(xiàn)象的效果。
但菲涅耳對安培的磁體電流提出了質(zhì)疑,他認(rèn)為磁體中既然有電流,磁體就應(yīng)當(dāng)有明顯的溫升現(xiàn)象,但實(shí)際上無法測量出磁體的自發(fā)放熱。在這種情況下,安培又提出了著名的分子電流假設(shè):磁性物質(zhì)中每個分子都有一微觀電流,每個分子的圓電流形成一個小磁體。在磁性物質(zhì)中,這些電流沿磁軸方向規(guī)律地排列,從而顯現(xiàn)一種繞磁軸旋轉(zhuǎn)的電流,如同螺線管電流一樣。1827年安培發(fā)表了《電動力學(xué)現(xiàn)象的理論》.將其電動力學(xué)的數(shù)學(xué)理論牢固地建立在分子電流假設(shè)的基礎(chǔ)上。
在安培得出電流元相互作用公式之前,法國科學(xué)家畢奧(J.B.Biot,1774-1862)和薩伐爾(F.Savart,1791-1841)通過實(shí)驗得到了載流長直導(dǎo)線對磁極的作用反比于距離r的結(jié)果,后來法國數(shù)學(xué)家拉普拉斯(P.S.Laplace,1749-1827)用絕妙的數(shù)學(xué)分析,幫他們把實(shí)驗結(jié)果提高到理論高度,得出了畢奧-薩伐爾-拉普拉斯定律(簡稱畢-薩-拉定律)給出了電流元所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的公式,闡明電流元在空間某點(diǎn)所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度的大小正比于電流元的大小,反比于電流元到該點(diǎn)距離的平方,磁場強(qiáng)度的方向按右手螺旋法則確定,垂直于電流元到場點(diǎn)的距離。
奧斯特的發(fā)現(xiàn)揭示了長期以來認(rèn)為性質(zhì)不同的電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系,電磁學(xué)立即進(jìn)入了一個嶄新的發(fā)展時期,法拉第后來評價這一發(fā)現(xiàn)時說:“它猛然打開了一個科學(xué)領(lǐng)域的大門,那里過去是一片漆黑,如今充滿光明?!比藗?yōu)榱思o(jì)念這位博學(xué)多才的科學(xué)家,從1934年起用“奧斯特”的名字命名磁場強(qiáng)度的單位。
從1820年7月奧斯特發(fā)表電流的磁效應(yīng)到12月安培提出安培定律,這期間僅僅經(jīng)歷了四個多月時間。但電磁學(xué)卻經(jīng)歷了從現(xiàn)象的總結(jié)到理論的歸納這一大飛躍,從而開創(chuàng)了電動力學(xué)的理論。這些成就的取得不僅體現(xiàn)了科學(xué)家作為時代領(lǐng)路人的極強(qiáng)的洞察力,也是一個負(fù)責(zé)任的電磁學(xué)奠基人 。
電流的磁效應(yīng)(通電會產(chǎn)生磁):奧斯特發(fā)現(xiàn):任何通有電流的導(dǎo)線,都可以在其周圍產(chǎn)生磁場的現(xiàn)象,稱為電流的磁效應(yīng).
非磁性金屬通以電流,卻可產(chǎn)生磁場,其效果與磁鐵建立的磁場相同.
通有電流的長直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場.
在通電流的長直導(dǎo)線周圍,會有磁場產(chǎn)生,其磁感線的形狀為以導(dǎo)線為圓心一封閉的同心圓,且磁場的方向與電流的方向互相垂直.
用右手握住導(dǎo)線,大拇指指向電流的方向(所以必須是直流電,電流的方向,在導(dǎo)線中是由正極流到負(fù)極),其余四指所指的方向,即為磁力線的方向或磁針N極所受磁力的方向。
以右手握住線圈,四指指向?qū)Ь€上電流的方向,則大拇指所指即為磁力線方向。
H(高斯)=2I(安培)/10r(公分)<;==長直導(dǎo)線
I:系指導(dǎo)線上的總電流,可借著增加線圈的匝數(shù)來提高導(dǎo)線上的總電流。
r:為與導(dǎo)線間的垂直距離。
*注:地球磁場約0.2高斯。
螺管線圈:管面半徑a,管長L,線圈總匝數(shù)N,距端面為X的P點(diǎn)
a.空心:X點(diǎn)之磁場
b.若在螺線管內(nèi)塞滿磁鐵性物質(zhì),除了原有空心線圈所產(chǎn)生的磁場外,另外還得加上這些物質(zhì)磁化后所造的磁場,即總磁場強(qiáng)度(B)應(yīng)為
B=H+4πM=H+4πXH=(1+4πX)H=μH
X:導(dǎo)磁M:磁化強(qiáng)度H:空心線圈之磁場
由上式可知塞有磁性物質(zhì)的螺線管,其所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為空心線圈的M倍。一般鐵磁性物質(zhì)的μ值在數(shù)百到數(shù)萬之間。
水平電流在小磁針的正上方或正下方,且電流方向沿南北方向時小磁針會發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn) 。
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九年級物理教學(xué)設(shè)計 第 周 第 課時 課 題 電流的熱效應(yīng) 課 型 新授課 主 備 常淑利 副 備 高偉偉 教學(xué)目標(biāo) 1、知識與技能 (1)知道什么是電流的熱效應(yīng)。 (2)知道電流的熱效應(yīng)與導(dǎo)體的電阻,通過導(dǎo)體的電流、通電時間的定性 關(guān)系。 2、過程與方法 通過實(shí)驗探究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)。 3、情感、態(tài)度與價值觀 通過電熱的利用和防止的學(xué)習(xí),認(rèn)識科學(xué)是有用的。 教學(xué)重點(diǎn) 焦耳定律 教學(xué)難點(diǎn) 焦耳定律 教材分析 本節(jié)內(nèi)容分為兩部分:第一部分通過實(shí)驗探究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān),第 二部分學(xué)習(xí)焦耳定律的內(nèi)容和電流的熱效應(yīng)在科研、生產(chǎn)、生活中廣泛應(yīng)用實(shí)例。 教科書從能量轉(zhuǎn)化的角度分析了用電器為什么會發(fā)熱,從而引出了電流的熱效應(yīng) 的概念。知道熱效應(yīng)之后提出:電流產(chǎn)生熱量的多少與什么因素有關(guān)?然后圍繞所 提出的問題展開探究,最后根據(jù)探究結(jié)果得出焦耳定律的內(nèi)容、公式、使得知識更 加完整。 教
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隨著煤礦采掘進(jìn)度的不斷深入,大量滲水現(xiàn)象也隨機(jī)涌現(xiàn),各采掘工作面水窩電動機(jī)被"燒"事故更是頻繁發(fā)生,而造成水窩水泵電動機(jī)被燒的原因卻是多方面的.我們在實(shí)踐中可以采用電流熱效應(yīng)切斷電流電路,來保護(hù)水泵電動機(jī).
長期以來,磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象是被分別進(jìn)行研究的,特別是吉爾伯特對磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象進(jìn)行深入分析對比后斷言電與磁是兩種截然不同的現(xiàn)象,沒有什么一致性。之后,許多科學(xué)家都認(rèn)為電與磁沒有什么聯(lián)系,連庫侖也曾斷言,電與磁是兩種完全不同的實(shí)體,它們不可能相互作用或轉(zhuǎn)化。但是電與磁是否有一定的聯(lián)系的疑問一直縈繞在一些有志探索的科學(xué)家的心頭。
電磁鐵有許多優(yōu)點(diǎn):電磁鐵的磁性有無可以用通、斷電流控制;磁性的大小可以用電流的強(qiáng)弱或線圈的匝數(shù)多少來控制;也可通過改變電阻控制電流大小來控制磁性大?。凰拇艠O可以由改變電流的方向來控制,等等。即:磁性的強(qiáng)弱可以改變、磁性的有無可以控制、磁極的方向可以改變,磁性可因電流的消失而消失。
電磁鐵是電流磁效應(yīng)(電生磁)的一個應(yīng)用,與生活聯(lián)系緊密,如電磁繼電器、電磁起重機(jī)、磁懸浮列車、電子門鎖、智能通道匝、電磁流量計等。
歷史上,電與磁是分別發(fā)現(xiàn)和研究的。后來,電與磁之間的聯(lián)系被發(fā)現(xiàn)了,如奧斯特(H.C.Oersted)發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)和安培發(fā)現(xiàn)的電流與電流之間相互作用的規(guī)律。再后來, 法拉第提出了電磁感應(yīng)定律,這樣電與磁就連成一體了。19世紀(jì)中葉,麥克斯韋提出了統(tǒng)一的電磁場理論,實(shí)現(xiàn)了物理學(xué)的第二次大綜合。電磁 定律與力學(xué)規(guī)律有一個截然不同的地方。根據(jù)牛頓的設(shè)想,力學(xué)考慮的相互作用,特別是萬有引力相互作用,是超距的相互作用,沒有力的傳遞問題(當(dāng)然,用現(xiàn)代觀點(diǎn)看,引力也應(yīng)該有傳遞問題),而電磁相互作用是場的相互作用。從粒子的超距作用到電磁場的“場的相互作用”,這在觀念上有很大變化。場的效應(yīng)被突出出來了。電場與磁場不斷相互作用造成電磁波的傳播,這一點(diǎn)由赫茲在實(shí)驗室中證實(shí)了。電磁波不但包括無線電波,實(shí)際上包括很寬的頻譜,其中很重要的一部分就是光波。光學(xué)在過去是與電磁學(xué)完全分開發(fā)展的,麥克斯韋電磁理論建立以后,光學(xué)也變成了電磁學(xué)的一個分支了,電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)得到了統(tǒng)一。這個統(tǒng)一在技術(shù)上有重要意義,發(fā)電機(jī)、電動機(jī)幾乎都是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的。電磁波的應(yīng)用導(dǎo)致現(xiàn)代的無線電技術(shù)。電磁學(xué)在技術(shù)上還是起主導(dǎo)作用的一門學(xué)問 ,因此,在基礎(chǔ)物理學(xué)中電磁學(xué)始終保持它的重要地位。電磁學(xué)牽涉到在什么參考系統(tǒng)中來看問題,牽涉到運(yùn)動導(dǎo)體的電動力學(xué)問題。直觀地說,“電流即電荷的流動產(chǎn)生磁效應(yīng)”,但判斷電荷是否流動就牽涉到觀察者的問題——參考系問題。光學(xué)是電磁學(xué)的一部分,所以這個問題也可表達(dá)成“光的傳播與參考系統(tǒng)有什么關(guān)系”。邁克耳孫-莫雷實(shí)驗表明慣性系中真空光速為不變量。這樣一來,也就肯定了在慣性系統(tǒng)中電磁學(xué)遵循同一規(guī)律。這實(shí)際上導(dǎo)致了后來的愛因斯坦狹義相對論。狹義相對論基本上是電磁學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣。邁克耳孫-莫雷實(shí)驗在19世紀(jì)還沒能解釋清楚,這是19世紀(jì)遺留的一個重要問題。