電磁
如果壹根筆直的金屬線通有電流,在金屬線周圍的空間就會產生壹個圓形磁場。導線中流過的電流越大,磁場就越強。磁場是圓形的,圍繞著導線。磁場的方向可以根據“右手法則”(見圖1)來確定:伸出右手拇指,其他四指壹起向手掌彎曲。這時拇指的方向就是電流的方向,其他四指的方向就是磁場的方向。事實上,這種直導線產生的磁場類似於在導線周圍放置壹圈NS極首尾相連的小磁鐵的效果。
如果壹根長金屬線沿壹個方向纏繞在壹個空心圓柱體上,得到的物體叫做螺線管。如果這個螺線管通電會發生什麽?通電後,螺線管每轉動壹圈就會產生壹個磁場,磁場的方向如圖2中的圓形箭頭所示。然後,在兩個相鄰匝之間的位置,因為磁場方向相反,所以總磁場抵消;螺線管內外,線圈每匝產生的磁場相互疊加,最終形成如圖2所示的磁場形狀。還可以看出,螺線管外部的磁場形狀與磁體產生的磁場形狀相同。而螺線管內部的磁場恰好與外部磁場形成閉合的磁力線。在圖2中,螺線管顯示為兩排圓,似乎從中間切開螺線管。上排有十字,表示電流從熒光屏流出;下排有壹個黑點,表示電流從屏幕外部流入內部。
電磁學的壹個應用例子是實驗室常用的電磁鐵。為了進行壹些科學實驗,經常要用到很強的恒定磁場,但僅僅壹個普通的螺線管是不夠的。所以除了纏繞盡可能多的線圈外,還將兩個相對的螺線管靠近放置,使其N極和S極相反,這樣兩個線圈直接產生強磁場。此外,還在線包中間放置純鐵(稱為磁軛),以聚集磁力線,增強線包中間的磁場。
對於非常長的螺線管,內部磁場由以下公式計算:H=nI。
在這個公式中,I是流過螺線管的電流,n是單位長度上螺線管的圈數。
如果兩條帶電的直導線靠得很近會發生什麽?我們先假設兩根線的電流方向相反,如圖5(a)所示。然後根據上面的解釋,在兩根導線周圍產生壹個圓形磁場,磁場方向相反。兩根線之間的位置是什麽?不難想象,兩根導線之間的磁場方向是相同的。這就像在兩根電線之間放置兩塊磁鐵。它們的N極彼此相反,它們的S極彼此相反。因為同性相斥,所以這兩根電線會產生排斥力。同樣,如果兩根導線流向相同,它們會相互吸引。
如果帶電的導線處於磁場中,由於導線也產生磁場,導線產生的磁場會與原磁場相互作用,使導線受力。這是電機和喇叭的基本原理。
總結壹下:電能產生磁,磁能產生電。磁性的存在與電有關,但電並不依賴於磁性。
磁場是傳遞磁力的場。
它的基本特征是對運動、電流和磁鐵施加作用力。
永磁體或電流周圍的力場,即磁力所能到達的空間,或磁力的範圍,稱為磁場;所以嚴格來說,磁場沒有壹定的界限,只有強弱之分。像任何力場壹樣,磁場是能量的壹種形式,它將壹個物體的動作傳遞給另壹個物體。磁場的存在表現在它的不同作用上,最容易觀察到的是對放置在磁場中的磁針的作用,作用在磁針上,使其按壹定方向旋轉。自由旋轉的針在某個地方的朝向表示那裏的磁場方向,即每壹點的磁場方向都是針的北端指向的方向。如果我們想象有很多小磁針,這些小磁針會沿著磁力線排列。所謂的磁力線與各點的磁場方向壹致。磁力線從北極開始,在南極結束。磁極附近磁力線密集,所以磁極附近的磁場最強。磁場的第二個作用是對運動電荷的作用力。