第5.电磁学：磁极和磁场的概念、电流的磁效应、弗林明左手定则、磁效应的应用.pdf

電磁學電磁學 磁學磁學 1 磁學磁學 磁石：是一種天然礦物 磁鐵的定義：吸引鐵器的物體；在自由轉動的情況下，永遠指向南北方向；磁鐵的兩端叫做極 下一頁下一頁 北極：永遠指向北方的磁極 南極：永遠指向南方的磁極 相似磁極互相排斥；相反磁極互相吸引 照片照片 電磁學電磁學 磁學磁學 2 磁場磁場 在磁鐵的附近有力存在，越近磁極則力越強。我們說這裏有磁場。磁力線：作用於一個細小磁北極的磁力方向 下一頁下一頁 常見磁場圖形 磁場對於鐵粉和指南針的效應 圖片圖片 照片照片 電磁學電磁學 磁學磁學 3 電流的磁效應電流的磁效應 一條載電流的直導線所產生的磁場圖形 用右手握拳定則來決定磁場方向 下一頁下一頁 螺線管和線圈：有很多匝的環形導線 載電螺線管的磁場圖形 螺線管的右手握拳定則 圖片圖片 圖片圖片 照片照片 圖片圖片 圖片圖片 電磁學電磁學 磁學磁學 4 電磁鐵電磁鐵 電磁鐵的圖片 下一頁下一頁 起重磁鐵 直流電鈴 紙帶打點計時器 電話 圖片圖片 照片照片 照片照片 照片照片 電磁學電磁學 左手定則左手定則 1 弗林明左手定則弗林明左手定則 當一條載電導線在磁場中，它會感受到力。弗林明左手定則 下一頁下一頁 揚聲器 對磁場中的線圈的轉動效應 簡單的直流電動機 圖片圖片 圖片圖片 圖片圖片 圖片圖片 電磁學電磁學 左手定則左手定則 2 應用應用 電動機 動圈式電流計 下一頁下一頁 加上一個分流器電阻，將一個電流計改裝成為一個安培計。加上一個倍加器電阻，將一個電流計改裝成為一個伏特計。萬用電錶 照片照片 照片照片 圖片圖片 圖片圖片 照片照片 電磁學電磁學 完完 電磁學電磁學 磁學磁學 1 以下是一些磁鐵的照片以下是一些磁鐵的照片 回到回到 請按請按 回到回到 電磁學電磁學 下一頁下一頁 磁學磁學 2 磁棒的磁場圖形磁棒的磁場圖形 指南針的北極代表磁力線的方向。指南針的北極代表磁力線的方向。N S 指南針 電磁學電磁學 磁學磁學 2 兩個大磁極之間的磁場圖形兩個大磁極之間的磁場圖形 請按請按 回到回到 N S 回到回到 電磁學電磁學 磁學磁學 2 對於磁粉的效應對於磁粉的效應 請按請按 回到回到 回到回到 EM Magnetism 2 對於指南針的效應對於指南針的效應 Click Back to Back to 電磁學電磁學 磁學磁學 3 一條載電直導線產生的磁場圖形一條載電直導線產生的磁場圖形 下一頁下一頁 流進紙張的電流 流出紙張的電流 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 3 電流磁場對指南針的效應電流磁場對指南針的效應 回到回到 沒有電流 有電流 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 3 右手握拳定則決定磁場方向右手握拳定則決定磁場方向 如果右手姆指指向電流方向，則其他握拳的手指代表磁場如果右手姆指指向電流方向，則其他握拳的手指代表磁場方向方向 回到回到 電流的方向電流的方向 磁場的方向磁場的方向 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 3 螺線管和線圈螺線管和線圈 回到回到 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 3 載電螺線管的磁場載電螺線管的磁場 回到回到 電流電流 磁力線磁力線 電磁學電磁學 下一頁下一頁 磁學磁學 3 螺線管的右手握拳定則螺線管的右手握拳定則 如果右手握拳的手指代表螺線管的電流方向，則姆指代如果右手握拳的手指代表螺線管的電流方向，則姆指代表北極方向表北極方向 北極北極 南極南極 手指代表電流方向手指代表電流方向 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 3 一個螺線管的磁場強度可以透過以下的辦法來提高一個螺線管的磁場強度可以透過以下的辦法來提高 北極北極 南極南極 手指代表電流方向手指代表電流方向(i)增加電流，或增加電流，或 (ii)增加每單位長度的線圈匝數增加每單位長度的線圈匝數 回到回到 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 4 有軟鐵芯的電磁鐵的磁場圖形：有軟鐵芯的電磁鐵的磁場圖形：回到回到 電流電流 磁力線磁力線 軟鐵芯軟鐵芯 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 4 直流電鈴直流電鈴 回到回到 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 4 紙帶打點計時器紙帶打點計時器 回到回到 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 磁學磁學 4 電話通訊電話通訊 回到回到 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 弗林明左手定則：弗林明左手定則：如果我們將左手頭三隻手指如果我們將左手頭三隻手指擺成互相垂直的手勢，食指擺成互相垂直的手勢，食指代表磁場方向代表磁場方向(B)、中指代、中指代表電流方向表電流方向(I)，則姆指代則姆指代表磁力方向表磁力方向(F)。(簡稱 FBI)電流電流(I)力力(F)磁場磁場(B)電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 1 載電導體受到的力可用以下方法提高：載電導體受到的力可用以下方法提高：回到回到(a)增強磁場強度；增強磁場強度；(b)增加電流；增加電流；(c)增加導體的長度。增加導體的長度。N S 力力 流出紙面的電流流出紙面的電流 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 揚聲器揚聲器 紙筒紙筒 磁鐵磁鐵 螺線管螺線管 電信號電信號 N N N N S 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 1 改變通過線圈的交流電流。改變通過線圈的交流電流。回到回到 紙筒振動產生聲音紙筒振動產生聲音 磁鐵磁鐵 根據左手定則，螺線管連根據左手定則，螺線管連紙筒會被迫振動。紙筒會被迫振動。電信號電信號 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 一個載電線圈如圖放在一個均勻磁場中。一個載電線圈如圖放在一個均勻磁場中。N S 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 當線圈平行於磁場時，力當線圈平行於磁場時，力偶達到最大值，線圈會沿偶達到最大值，線圈會沿順時針方向旋轉。順時針方向旋轉。N S N S 當線圈旋轉時，兩個力當線圈旋轉時，兩個力的垂直距離會縮小，所的垂直距離會縮小，所以力偶也會減少。以力偶也會減少。電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 N S N S 當線圈平面垂直於磁場時，當線圈平面垂直於磁場時，力偶等於零。但因為有慣力偶等於零。但因為有慣性，它仍然會以順時針方性，它仍然會以順時針方向旋轉。向旋轉。如果慣性足以令線圈轉超如果慣性足以令線圈轉超過垂直線，則力偶會令線過垂直線，則力偶會令線圈逆時針旋轉。圈逆時針旋轉。電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 1 回到回到 最後，線圈會振動數次才停下來，與磁場成直角最後，線圈會振動數次才停下來，與磁場成直角。N S 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 一個簡單的直流電動機包含一個有很多匝的矩形線圈，一個簡單的直流電動機包含一個有很多匝的矩形線圈，固定在兩個磁極中間的軸心上。線圈末端各連接上一個固定在兩個磁極中間的軸心上。線圈末端各連接上一個銅半環銅半環(換向器換向器)。電流經過一對按著換向器的碳電刷。電流經過一對按著換向器的碳電刷流入線圈。流入線圈。電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 力偶令線圈順時針力偶令線圈順時針旋轉旋轉 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 當線圈旋轉時，旋轉力當線圈旋轉時，旋轉力偶減少。偶減少。電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 1 當線圈轉超過垂直線當線圈轉超過垂直線時，半環會與另一個時，半環會與另一個電刷接觸，電流會從電刷接觸，電流會從另一方向流過線圈，另一方向流過線圈，所以作用在線圈兩邊所以作用在線圈兩邊的力偶也會倒轉方向。的力偶也會倒轉方向。因此線圈會沿著同一方向旋轉。因此線圈會沿著同一方向旋轉。電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 1 作用於線圈和簡單直流電動機上的轉動效應可以用以下方作用於線圈和簡單直流電動機上的轉動效應可以用以下方法提高：法提高：回到回到(a)增加電流增加電流(b)增加線圈的匝數增加線圈的匝數(c)增加磁場強度增加磁場強度(d)增加線圈的面積增加線圈的面積 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 2 電動機電動機 回到回到 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 2 動圈式電流計動圈式電流計 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 2 電流計的敏感度可用以下方法提高：電流計的敏感度可用以下方法提高：回到回到(a)使用較弱的游絲使用較弱的游絲(b)增加線圈的匝數增加線圈的匝數(c)增加磁場強度增加磁場強度(d)增加線圈的面積增加線圈的面積 滿標偏轉電流滿標偏轉電流(f.s.d.電流電流)是指令指針偏轉至最大標度的電是指令指針偏轉至最大標度的電流。流。電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 2 如果我們將一個適當的電阻器與一個動圈式電流計並聯，如果我們將一個適當的電阻器與一個動圈式電流計並聯，便可將它改裝成一個可量度較大電流的安培計。便可將它改裝成一個可量度較大電流的安培計。這裏使用的電阻叫做分流器這裏使用的電阻叫做分流器電阻。電阻。分流器電阻分流器電阻 電流計電流計 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 2 一個一個毫安計的毫安計的電阻為電阻為 5 ，滿標偏轉電流為，滿標偏轉電流為 10 mA。如果。如果要用這個電錶來量度要用這個電錶來量度 1 A 的電流，我們應使用多大的分流的電流，我們應使用多大的分流器電阻？經過改裝的電錶電阻是多少？器電阻？經過改裝的電錶電阻是多少？分流器電阻分流器電阻(S)電阻電阻 5 1 A 10 mA 1-0.01=0.99 A M N 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 2 我們假設有我們假設有 1 A 電流經過安培計。電流經過安培計。回到回到 經過毫安計的電流經過毫安計的電流=f.s.d.電流電流=0.01 A 經過分流器的電流經過分流器的電流=(1-0.01)A=0.99 A MN之間的電勢差之間的電勢差=0.01 5=0.99 S S=0.101 經改裝的安培計的電阻經改裝的安培計的電阻=0.1 (為什麼？為什麼？)電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 2 如果我們將一個適當的電阻器與一個動圈式電流計串聯，如果我們將一個適當的電阻器與一個動圈式電流計串聯，便可將它改裝成一個可量度電壓便可將它改裝成一個可量度電壓(AB 兩點之間的電壓兩點之間的電壓)的伏的伏特計。特計。這裏使用的電阻叫做倍加器這裏使用的電阻叫做倍加器電阻。電阻。倍加器電阻倍加器電阻 電流計電流計 A B 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 2 一個一個毫安計的毫安計的電阻為電阻為 10 ，滿標偏轉電流為，滿標偏轉電流為 10 mA。如果。如果要用這個電錶來量度要用這個電錶來量度 10 V 的電壓，我們應使用多大的倍加的電壓，我們應使用多大的倍加器電阻？經過改裝的電錶電阻是多少？器電阻？經過改裝的電錶電阻是多少？倍加器倍加器(R)A B 10 mA 10 電壓電壓:10 V 電磁學電磁學 請按請按 回到回到 左手定則左手定則 2 我們假設我們假設 10 V 電壓加於伏特計之上。電壓加於伏特計之上。回到回到 經過倍加器和電流計的電流經過倍加器和電流計的電流=滿標偏轉電流滿標偏轉電流=0.01 A AB 之間的電勢差之間的電勢差=10 V=0.01 (R+10)R=990 經過改裝的電錶的電阻經過改裝的電錶的電阻=990 +10 =1000 電磁學電磁學 下一頁下一頁 左手定則左手定則 2 萬用電錶萬用電錶 回到回到