電流的磁效應(yīng)(通電會(huì)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(chǎng)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(chǎng),其效果與磁鐵建立的磁場(chǎng)相同。
通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng):
在通電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線周圍,會(huì)有磁場(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)約0.2高斯。
螺管線圈:管面半徑a,管長(zhǎng)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(chǎng)
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(chǎng)外,另外還得加上這些物質(zhì)磁化后所造的磁場(chǎng),即總磁場(chǎng)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(chǎng)
由上式可知塞有磁性物質(zhì)的螺線管,其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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。
1731年,一名英國(guó)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(jiān)信客觀世界的各種力具有統(tǒng)一性,并開始對(duì)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(duì)奧斯特啟發(fā)很大,他認(rèn)識(shí)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(huì)發(fā)熱的現(xiàn)象推測(cè):如果通電導(dǎo)線的直徑進(jìn)一步縮小那么導(dǎo)線就會(huì)發(fā)光如果直徑進(jìn)一步縮小到一定程度,就會(huì)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(yàn),不斷思索,他分析了以往實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)的學(xué)者講課時(shí),突然來了“靈感”,在講課結(jié)束時(shí)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(gè)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(dòng),轉(zhuǎn)到與鉑絲垂直的方向。小磁針的擺動(dòng),對(duì)聽課的聽眾來說并沒什么,但對(duì)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(shí)簡(jiǎn)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(dòng)之間有某種聯(lián)系。
奧斯特為了進(jìn)一步弄清楚電流對(duì)磁針的作用,于1820年4月到7月,費(fèi)了三個(gè)月的時(shí)間,做了六十多個(gè)實(shí)驗(yàn),他把磁針放在導(dǎo)線的上方、下方,考察了電流對(duì)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(duì)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(duì)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(yàn)》的論文,這篇論文僅用四頁紙,十分簡(jiǎn)潔地報(bào)告了他的實(shí)驗(yàn),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(gè)劃時(shí)代的日子載入史冊(cè),它揭開了電磁學(xué)的序幕,標(biāo)志著電磁學(xué)時(shí)代的到來。
奧斯特當(dāng)時(shí)把電流對(duì)磁體的作用稱為“電流碰撞”,他總結(jié)出了兩個(gè)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(yàn)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(yàn)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(dòng)”,當(dāng)然也不無道理,但是法國(guó)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 ?!?h3 class="title-text">電流磁效應(yīng)安培定則
又稱右手螺線管定則
奧斯特的發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了整個(gè)歐洲,對(duì)法國(guó)學(xué)術(shù)界的震動(dòng)尤大,法國(guó)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(guó)。9月11日即向法國(guó)科學(xué)院報(bào)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(yàn)。阿拉果的報(bào)告,在法國(guó)科學(xué)家中引起了很大反響。當(dāng)時(shí),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(duì)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(yàn),并加以發(fā)展,在一周內(nèi)于9月18日向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告了第一篇論文,闡述了他重復(fù)做的電流對(duì)磁針的實(shí)驗(yàn),并提出了圓形電流產(chǎn)生磁性的可能性。安培在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磁針轉(zhuǎn)動(dòng)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(yàn)內(nèi)容,研究了電流對(duì)電流的作用,這比奧斯特實(shí)驗(yàn)大大前進(jìn)了一步。他又向法國(guó)科學(xué)院提出了第二篇論文,闡述了他用實(shí)驗(yàn)證明了兩平行載流導(dǎo)線,當(dāng)電流方向相同時(shí)相互吸引,當(dāng)電流方向相反時(shí)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(gè)月的時(shí)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(yàn)和相當(dāng)高超的數(shù)學(xué)技巧結(jié)合起來,做了四個(gè)實(shí)驗(yàn)。
第一個(gè)實(shí)驗(yàn),安培用一無定向秤檢驗(yàn)對(duì)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(shí),它產(chǎn)生的作用也相反。
第二個(gè)實(shí)驗(yàn),安培仍用一無定向秤檢驗(yàn)一對(duì)折通電導(dǎo)線,只是這時(shí)對(duì)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(gè)電流元所產(chǎn)生的作用的矢量和。
第三個(gè)實(shí)驗(yàn),安培設(shè)計(jì)了一個(gè)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(gè)通電的水銀槽上.然而用各種通電線圈對(duì)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(dòng)。從而證明,作用在電流元上的力是與它垂直的。
第四個(gè)實(shí)驗(yàn),安培用1.2、3三個(gè)相同的線圈,這三個(gè)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(duì)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(shí),作用力不變。
安培提出了一個(gè)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(guó)科學(xué)院報(bào)告了這個(gè)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(jiǎn)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(dòng)。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(duì)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(cè)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(gè)分子都有一微觀電流,每個(gè)分子的圓電流形成一個(gè)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(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的理論》.將其電動(dòng)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(guó)科學(xué)家畢奧(J.B.Biot,1774-1862)和薩伐爾(F.Savart,1791-1841)通過實(shí)驗(yàn)得到了載流長(zhǎng)直導(dǎo)線對(duì)磁極的作用反比于距離r的結(jié)果,后來法國(guó)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(yàn)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(jiǎn)稱畢-薩-拉定律)給出了電流元所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的公式,闡明電流元在空間某點(diǎn)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的方向按右手螺旋法則確定,垂直于電流元到場(chǎng)點(diǎn)的距離。
奧斯特的發(fā)現(xiàn)揭示了長(zhǎng)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(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期,法拉第后來評(píng)價(jià)這一發(fā)現(xiàn)時(shí)說:“它猛然打開了一個(gè)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(chǎng)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(gè)多月時(shí)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(dòng)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(shí)代領(lǐng)路人的極強(qiáng)的洞察力,也是一個(gè)負(fù)責(zé)任的電磁學(xué)奠基人 。
1731年,一名英國(guó)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(shí)候,由靜態(tài)變成動(dòng)態(tài)。比如,長(zhǎng)距離輸電電線發(fā)生短路的時(shí)候,整個(gè)架空線會(huì)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(shí),會(huì)于總導(dǎo)體表層,而非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。因?yàn)楫?dāng)導(dǎo)線流過交變電流時(shí),根據(jù)楞次定律會(huì)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(chǎng)效應(yīng)管在夾斷后,為什么還有飽和電流
場(chǎng)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(shí),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(gè)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。...
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(jiān)信客觀世界的各種力具有統(tǒng)一性,并開始對(duì)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(duì)奧斯特啟發(fā)很大,他認(rèn)識(shí)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(huì)發(fā)熱的現(xiàn)象推測(cè):如果通電導(dǎo)線的直徑進(jìn)一步縮小那么導(dǎo)線就會(huì)發(fā)光如果直徑進(jìn)一步縮小到一定程度,就會(huì)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(yàn),不斷思索,他分析了以往實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)的學(xué)者講課時(shí),突然來了"靈感",在講課結(jié)束時(shí)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(gè)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(dòng),轉(zhuǎn)到與鉑絲垂直的方向。小磁針的擺動(dòng),對(duì)聽課的聽眾來說并沒什么,但對(duì)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(shí)簡(jiǎn)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(dòng)之間有某種聯(lián)系。
奧斯特為了進(jìn)一步弄清楚電流對(duì)磁針的作用,于1820年4月到7月,費(fèi)了三個(gè)月的時(shí)間,做了六十多個(gè)實(shí)驗(yàn),他把磁針放在導(dǎo)線的上方、下方,考察了電流對(duì)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(duì)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(duì)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(yàn)》的論文,這篇論文僅用四頁紙,十分簡(jiǎn)潔地報(bào)告了他的實(shí)驗(yàn),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(gè)劃時(shí)代的日子載入史冊(cè),它揭開了電磁學(xué)的序幕,標(biāo)志著電磁學(xué)時(shí)代的到來。
奧斯特當(dāng)時(shí)把電流對(duì)磁體的作用稱為"電流碰撞",他總結(jié)出了兩個(gè)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(yàn)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(yàn)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(dòng)",當(dāng)然也不無道理,但是法國(guó)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(dòng)了整個(gè)歐洲,對(duì)法國(guó)學(xué)術(shù)界的震動(dòng)尤大,法國(guó)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(guó)。9月11日即向法國(guó)科學(xué)院報(bào)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(yàn)。阿拉果的報(bào)告,在法國(guó)科學(xué)家中引起了很大反響。當(dāng)時(shí),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(duì)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(yàn),并加以發(fā)展,在一周內(nèi)于9月18日向法國(guó)科學(xué)院報(bào)告了第一篇論文,闡述了他重復(fù)做的電流對(duì)磁針的實(shí)驗(yàn),并提出了圓形電流產(chǎn)生磁性的可能性。安培在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磁針轉(zhuǎn)動(dòng)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(yàn)內(nèi)容,研究了電流對(duì)電流的作用,這比奧斯特實(shí)驗(yàn)大大前進(jìn)了一步。9月25日他又向法國(guó)科學(xué)院提出了第二篇論文,闡述了他用實(shí)驗(yàn)證明了兩平行載流導(dǎo)線,當(dāng)電流方向相同時(shí)相互吸引,當(dāng)電流方向相反時(shí)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(gè)月的時(shí)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(yàn)和相當(dāng)高超的數(shù)學(xué)技巧結(jié)合起來,做了四個(gè)實(shí)驗(yàn)。
第一個(gè)實(shí)驗(yàn),安培用一無定向秤檢驗(yàn)對(duì)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(shí),它產(chǎn)生的作用也相反。
第二個(gè)實(shí)驗(yàn),安培仍用一無定向秤檢驗(yàn)一對(duì)折通電導(dǎo)線,只是這時(shí)對(duì)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(gè)電流元所產(chǎn)生的作用的矢量和。
第三個(gè)實(shí)驗(yàn),安培設(shè)計(jì)了一個(gè)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(gè)通電的水銀槽上.然而用各種通電線圈對(duì)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(dòng)。從而證明,作用在電流元上的力是與它垂直的。
第四個(gè)實(shí)驗(yàn),安培用1.2、3三個(gè)相同的線圈,這三個(gè)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(duì)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(shí),作用力不變。
安培提出了一個(gè)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(guó)科學(xué)院報(bào)告了這個(gè)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(jiǎn)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(dòng)。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(duì)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(cè)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(gè)分子都有一微觀電流,每個(gè)分子的圓電流形成一個(gè)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(dòng)力學(xué)現(xiàn)象的理論》.將其電動(dòng)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(guó)科學(xué)家畢奧(J.B.Biot,1774-1862)和薩伐爾(F.Savart,1791-1841)通過實(shí)驗(yàn)得到了載流長(zhǎng)直導(dǎo)線對(duì)磁極的作用反比于距離r的結(jié)果,后來法國(guó)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(yàn)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(jiǎn)稱畢-薩-拉定律)給出了電流元所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的公式,闡明電流元在空間某點(diǎn)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的方向按右手螺旋法則確定,垂直于電流元到場(chǎng)點(diǎn)的距離。
奧斯特的發(fā)現(xiàn)揭示了長(zhǎng)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(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期,法拉第后來評(píng)價(jià)這一發(fā)現(xiàn)時(shí)說:"它猛然打開了一個(gè)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(chǎng)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(gè)多月時(shí)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(dòng)力學(xué)的理論。這些成就的取得反映了當(dāng)時(shí)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。
電流的磁效應(yīng)(通電會(huì)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(chǎng)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(chǎng),其效果與磁鐵建立的磁場(chǎng)相同.
通有電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng).
在通電流的長(zhǎng)直導(dǎo)線周圍,會(huì)有磁場(chǎng)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(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)約0.2高斯。
螺管線圈:管面半徑a,管長(zhǎng)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(chǎng)
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(chǎng)外,另外還得加上這些物質(zhì)磁化后所造的磁場(chǎng),即總磁場(chǎng)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(chǎng)
由上式可知塞有磁性物質(zhì)的螺線管,其所產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(shí)小磁針會(huì)發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn) 。
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九年級(jí)物理教學(xué)設(shè)計(jì) 第 周 第 課時(shí) 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(shí)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(shí)間的定性 關(guān)系。 2、過程與方法 通過實(shí)驗(yàn)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(jià)值觀 通過電熱的利用和防止的學(xué)習(xí),認(rèn)識(shí)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(yàn)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(huì)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(shí)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(dòng)機(jī)被"燒"事故更是頻繁發(fā)生,而造成水窩水泵電動(dòng)機(jī)被燒的原因卻是多方面的.我們?cè)趯?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(dòng)機(jī).
長(zhǎng)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(duì)磁現(xiàn)象與電現(xiàn)象進(jìn)行深入分析對(duì)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。
電磁效應(yīng)電磁感應(yīng)
因磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。1820年H.C.奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后,許多物理學(xué)家便試圖尋找它的逆效應(yīng),提出了磁能否產(chǎn)生電,磁能否對(duì)電作用的問題,1822年D.F.J.阿喇戈和 A.von洪堡在測(cè)量地磁強(qiáng)度時(shí),偶然發(fā)現(xiàn)金屬對(duì)附近磁針的振蕩有阻尼作用。1824年,阿喇戈根據(jù)這個(gè)現(xiàn)象做了銅盤實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的銅盤會(huì)帶動(dòng)上方自由懸掛的磁針旋轉(zhuǎn),但磁針的旋轉(zhuǎn)與銅盤不同步,稍滯后。電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)是最早發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,但由于沒有直接表現(xiàn)為感應(yīng)電流,當(dāng)時(shí)未能予以說明。 1831年8月,M.法拉第在軟鐵環(huán)兩側(cè)分別繞兩個(gè)線圈 ,其一為閉合回路,在導(dǎo)線下端附近平行放置一磁針,另一與 電池組相連,接開關(guān),形成有電源的閉合回路。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ,合上開關(guān),磁針偏轉(zhuǎn);切斷開關(guān),磁針反向偏轉(zhuǎn),這表明在無電池組的線圈中出現(xiàn)了感應(yīng)電流。法拉第立即意識(shí)到,這是一種非恒定的暫態(tài)效應(yīng)。緊接著他做了幾十個(gè)實(shí)驗(yàn),把產(chǎn)生感應(yīng)電流的情形概括為 5 類 :變化的電流 , 變化的磁場(chǎng),運(yùn)動(dòng)的恒定電流,運(yùn)動(dòng)的磁鐵,在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體,并把 這些現(xiàn)象正式定名為電磁感應(yīng)。進(jìn)而,法拉第發(fā)現(xiàn),在相同條件下不同金屬導(dǎo)體回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流與導(dǎo)體的導(dǎo)電能力成正比,他由此認(rèn)識(shí)到,感應(yīng)電流是由與導(dǎo)體性質(zhì)無關(guān)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的,即使沒有回路沒有感應(yīng)電流,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)依然存在。
后來,給出了確定感應(yīng)電流方向的楞次定律以及描述電 磁感應(yīng)定量規(guī)律的法拉第電磁感應(yīng)定律。并按產(chǎn)生原因的不同,把感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分為動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì)兩種,前者起源于洛倫茲力,后者起源于變化磁場(chǎng)產(chǎn)生的有旋電場(chǎng)。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一,它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化,對(duì)其本質(zhì)的深入研究所 揭示的電、磁場(chǎng)之間的聯(lián)系,對(duì)麥克斯韋電磁場(chǎng)理論的建立具有重大意義。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及電磁測(cè)量等方面都有廣泛的應(yīng)用。
法拉第電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)相關(guān)問題
這就是法拉第第一次成功地觀察到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的生動(dòng)記錄。從法拉第日記中可以看到,電磁感應(yīng)(由磁產(chǎn)生電)的發(fā)現(xiàn)是他意料之中的事,使他感到意外的是電磁感應(yīng)竟是一種短暫效應(yīng),而奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)卻是一種穩(wěn)定效應(yīng),在他的思想中,電磁感應(yīng)似乎也應(yīng)當(dāng)是一種穩(wěn)定效應(yīng),所以在發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)是短暫效應(yīng)后,他在日記中就突出地記錄了這一點(diǎn)。
法拉第在圓環(huán)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出了兩個(gè)極有見地的問題:第一,圓鐵環(huán)能不能不要,沒有它能否仍有感應(yīng)效應(yīng)?第二,不用A邊線圈,而用磁鐵相對(duì)于B邊線圈運(yùn)動(dòng),B邊線圈內(nèi)是否仍有感應(yīng)效應(yīng)產(chǎn)生?法拉第帶著這些問題在以后的十天中又連續(xù)地做了許多實(shí)驗(yàn)。其中有一個(gè)是這樣的:法拉第"把長(zhǎng)為203碼(約為186米)的用紗布包起來的銅導(dǎo)線繞在很寬的木線筒上,再在原繞組線圈上絕緣地繞上同樣長(zhǎng)度的紗包銅線,將一個(gè)繞組與電流計(jì)連接,另一個(gè)繞組與100對(duì)金屬板組成的電池組連接。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電健接通和斷開的曝間,電流計(jì)指針擺動(dòng)……;電鍍合上后,發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線灼熱,但電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)"。
9月24日,法拉第在兩條磁棒的N、S極中間放上一繞有線圈的圓鐵棒,線圈與一電流計(jì)連接,他發(fā)現(xiàn)當(dāng)圓鐵棒脫離或接近兩極的瞬間,電流計(jì)的指針就會(huì)偏轉(zhuǎn)。
10月17日法拉第又發(fā)現(xiàn)另一種形式的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。他用一線圈與電流計(jì)相連接,然后將一永久磁鐵迅速插入與拔出線圈.發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針也會(huì)偏轉(zhuǎn)。
l0月28日法拉第還進(jìn)行了最早的發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)。他把直徑為12英寸,厚為1/5英寸的銅盤裝在水平的黃銅軸上,又將兩條長(zhǎng)為6-7英寸,寬約1英寸,厚約1/2英寸的小磁鐵相對(duì)放置在銅盤邊緣,見圖所示,他用另一電流計(jì)的兩個(gè)接線柱上引出兩個(gè)碳刷(圖中未畫出)。實(shí)驗(yàn)時(shí)讓銅盤飛快旋轉(zhuǎn),同時(shí)把兩個(gè)電刷分別接觸于銅盤的不同位置,以確定產(chǎn)生感應(yīng)電流的最佳位置,經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),他發(fā)現(xiàn)由盤心O到磁極所對(duì)的銅盤邊緣可以產(chǎn)生最大的感應(yīng)電流,這臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)際上是一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)--人類歷史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)。