通電導線的磁力有多大?

通電導線的磁力有多大?

目的

演示兩條通電的平行鋁管間之電磁作用力。

 

實驗

實驗裝置:兩條平行鋁管以電線懸掛,請先觀察鋁管未通電流的狀態,接著接上鉛蓄電池後觀察:

演示實驗1:鋁管通過相同方向的直流電後有何現象發生?

 

 

演示實驗2:鋁管通過相反方向的直流電後有何現象發生?

 

 

原理思考

為何通電的鋁管會互相吸引或排斥?

 

當鋁管通過同方向直流電時,為何會互相吸引?。 這是因為通線的鋁管會產生磁場與鋁管受力的關係。 我們先將兩條鋁管分別為標註為鋁管a、b,導線長度為L;電流方向為自左邊向右邊;ia及ib分別為鋁管a、b上的電流。

當電流從鋁管a左邊流向右邊時,在鋁管b的週邊會產生磁場,安培右手定則告訴我們,鋁管a上的磁場方向B與所受的力表示為:

 

同理可推得,鋁管b在鋁管a建立的磁場下所受的力為:


其關係如圖一、二所示。

Lozentz force 1
Lozentz force 2

 

討論

在鋁管b建立的磁場下,通電的鋁管a其作用力F_a大小可否算出?

 

假設兩鋁管的距離為d,則鋁管B所建立的磁場大小為:

 

再根據可得知

 

 

關於實驗

1.實驗的電流高達160安培,通電時切勿碰觸,且時間切勿過長,避免電池過熱產生危險。

2.電線盡量選用線徑較大、絕緣性較佳為宜。

 

參考資料

 “Fundamentals of Physics Extended “,Fifth Edition., John Wesley & Sons, INC 1997, U.S.A., CH30. Halliday, Resnick, and Walker

FORCE BETWEEN CURRENT-CARRYING WIRES – PROJECTION (University of Maryland Physics Lecture-Demonstration Facility)

 

製作

杜宗勳

 

指導老師

朱慶琪

 

 撰稿 

杜宗勳