磁铁对载流导线的影响

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引言

通常，我们看到当我们将铁钉放在离磁铁一定距离的地方时，它会被吸引过去。这是为什么呢？我们看到某些材料能够吸引材料靠近自身。这些材料被磁铁周围的场吸引，该场称为磁场。就像由于电荷产生电场一样，磁铁也会在其周围产生磁场。在载流导线周围也会产生磁场。

什么是磁铁？

这是一种金属，可以吸引某些类型的材料靠近自身。磁铁周围存在一定的空间区域，在该区域内可以感受到磁效应。因此，如果铁钉位于该磁场中，它将受到吸引，如果它远超该磁场，则不会被吸引。条形磁铁是一种形状为长方形并具有磁场的磁铁。

磁铁有两个极：北极和南极。磁铁周围会产生一个场。如果我们将任何磁铁的南极与另一个磁铁的南极放在一起，它们会相互排斥。这意味着同性磁极相互排斥。类似地，南极和北极会相互吸引。这意味着异性磁极相互吸引。磁铁主要有三种类型。

• 临时磁铁，当磁场移除时，物体失去磁性。

• 永久磁铁在磁化后不易失去磁性。

• 电磁铁在需要强磁铁时使用。

并非所有材料都会被磁铁吸引。塑料、玻璃和橡胶等材料不会被磁铁吸引，是非磁性材料。钉子、螺丝、杆等材料会被磁铁吸引，是磁性材料。

什么是磁场？

有一些材料像磁铁一样，倾向于吸引其他材料。这种吸引力是由于磁铁周围的一个场，该场吸引放置在离磁铁一定距离的材料。磁场总是与磁铁相关联，材料在其中感受到磁效应。

磁场是磁铁周围的整个区域，物体在其中感受到磁力。它既有大小又有方向。用B表示。

图 1：磁力线

通过绘制磁力线来描述它。这些是连接北极和南极的假想线。这些线显示了从条形磁铁外部的 N 极到 S 极的方向，以及从其内部的 S 极到 N 极的方向。这些线不会相互交叉。如果我们在这些线上的一点画一条切线，它就会给出该点沿场的磁场方向。单位面积上的磁力线总数表示磁场的大小。

此外，磁场是由运动的电荷产生的。在导体周围，电流流过该区域，该区域有一个偏转其中的材料的磁场。

图 2：导体周围的磁场

右手定则

此规则用于确定载流直导线周围磁场的方向。要理解此规则，首先我们需要了解电流是如何产生磁场的。

图 3：电流通过导体

在导线 AB 中，载流导体产生的磁力线形成同心圆，这些圆的圆心位于导线上。如图所示，我们有一根直导线 AB 穿过水平硬纸板。导线 AB 的两端连接到电池。当开关打开时，电流通过导线 AB，并在其周围产生圆形的磁力线。靠近导线的指南针用于找到产生的磁场的方向。根据此规则确定导体磁场的方向。

图 4：右手定则

在右手拇指规则中，拇指表示电流流过导线的方向，其余手指表示导线周围磁力线的方向。这意味着导线周围存在圆形磁场。

因此，我们得出结论，如果电流方向向上，则磁场为逆时针方向；如果电流方向向下，则磁场为顺时针方向。

演示磁铁对载流导线影响的实验

进行了一个实验，如果将载流直导线和磁罗盘针放在导线附近，则会显示一些偏转。因此它得出两个结论：

• 当导线中的电流增加时，它会增加导线本身产生的磁场的大小。

• 当某点到导线的距离增加时，它会减小由于电流流过导线而产生的磁场的大小。

1820 年，汉斯·克里斯蒂安·奥斯特观察到了电流的磁效应。

图 5：演示磁铁对载流导线影响的实验装置

在一个实验中，奥斯特取了一个简单的电路，并以使电流流过电路的方式连接了一个电池，然后将一个指南针放在电路附近。现在他观察到，当电流通过导线时，磁罗盘针会发生偏转。他又将相同的磁针移开导线。现在他观察到，即使电流通过导线的量相同，偏转也减小了。

因此，他得出结论，针越近，偏转越大。此外，他观察到，当增加通过电路的电流量时，偏转会增加，类似地，当减少通过电路的电流量时，偏转会减小。

结论

磁铁总是有两个极。磁铁周围感受到磁力的区域称为磁场。可以在磁场区域内感受到的力是磁力。此外，载有电流的导线表现得像磁铁。可以使用右手定则找到电流和磁场的方向。

常见问题

Q1. 写出磁铁的两种用途。

答：

• 在指南针中指示方向

• 在电动机中

Q2. 你对“螺线管”一词的理解是什么？

答。一个圆柱形绝缘体（其长度大于其直径），包含许多匝绝缘铜线绕组，称为螺线管。

Q3. 磁场是否需要接触材料才能吸引它们？

答。不。磁力可以在距离上起作用，这表明磁铁不需要接触物体即可吸引它。

Q4. 在磁场中，导体由于磁场而受到力的作用。说明力的方向取决于哪些因素。

答：

• 通过导体的电流方向。

• 通过导体产生的磁场方向。

Q5. 最强磁场的极限是多少？

答。磁场强度没有根本的限制。