安培定則(右手螺旋法則):基本定義,公式,發現過程,主要套用,螺旋定則,力矩,簡化

安培定則，也叫右手螺旋定則，是表示電流和電流激發磁場的磁感線方向間關係的定則。通電直導線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指指向就是磁感線的環繞方向；通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，讓四指指向電流的方向，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

基本介紹

中文名：安培定則
外文名：Right hand grip rule
別稱：右手螺旋定則
表達式：df=IdL×B
提出者：安德烈·瑪麗·安培
套用學科：物理
適用領域範圍：物理電磁學、電動力學
簡便記法：上左下右

基本定義,公式,發現過程,主要套用,螺旋定則,力矩,簡化方法,

基本定義

直線電流的安培定則對一小段直線電流也適用。環形電流可看成多段小直線電流組成，對每一小段直線電流用直線電流的安培定則判定出環形電流中心軸線上磁感強度的方向。疊加起來就得到環形電流中心軸線上磁感線的方向。直線電流的安培定則是基本的，環形電流的安培定則可由直線電流的安培定則導出，直線電流的安培定則對電荷作直線運動產生的磁場也適用，這時電流方向與正電荷運動方向相同，與負電荷運動方向相反。

在H.C.Oersted電流磁效應實驗及其他一系列實驗的啟發下，A.-M.安培認識到磁現象的本質是電流，把涉及電流、磁體的各種相互作用歸結為電流之間的相互作用，提出了尋找電流元相互作用規律的基本問題。為了克服孤立電流元無法直接測量的困難，安培精心設計了4個示零實驗並伴以縝密的理論分析，得出了結果。

但由於安培對電磁作用持超距作用觀念，曾在理論分析中強加了兩電流元之間作用力沿連線的假設，期望遵守牛頓第三定律（兩個物體之間的作用力和反作用力，總是同時在同一條直線上，大小相等，方向相反。），使結論有誤。上述公式是拋棄錯誤的作用力沿連線的假設，經修正後的結果。應按近距作用觀點理解為，電流元產生磁場，磁場對其中的另一電流元施以作用力。此定則的發現使人類更進一步的掌握了電學原理，為現代社會科技提供了理論基礎。

安培定則與庫侖定律相當，是磁作用的基本實驗定律，它決定了磁場的性質，提供了計算電流相互作用的途徑。

右手螺旋定則：1、假設用右手握住通電導線，大拇指指向電流方向，那么彎曲的四指就表示導線周圍的磁場方向。 2、假設用右手握住通電螺線管，彎曲的四指指向電流方向，那么大拇指的指向就是通電螺線管內部的磁場方向。

公式

電流元I₁dL₁對相距r₁₂的另一電流元I₂dL₂的作用力df₁₂為：

df₁₂= I₂dL₂× [(μ₀ / 4π)(I₁dL₁ × r₁₂ / r₁₂³)]

式中dL₁、dL₂的方向都是電流的方向；r₂₁是從I₂dL₂指向I₁dL₁的徑矢。

電流元之間的安培力公式可分為兩部分。其一是電流元I₂dL₂在電流元I₁dL₁（即上述r₂₁）處產生的磁場為

dB = (μ₀ / 4π)(I₂dL₂ × r₂₁ / r₂₁³)

這是畢奧-薩伐爾定律。

其二是電流元I₁dL₁在磁場dB中受到的作用力df₂₁為：

df = IdL × B

後者即電流元在磁場中的安培力公式。

發現過程

在奧斯特通過著名的“奧斯特實驗”發現電流的磁效應後，法國物理學家安培又進一步做了大量實驗，研究了磁場方向與電流方向之間的關係，並總結出安培定則，也叫做右手螺旋定則。

主要套用

右手螺旋定則可以用來找到兩個矢量的叉積的方向。由於這用途，在物理學裡，每當叉積出現時，就可以使用右手螺旋定則。以下列出一些物理量，它們的方向可以用右手螺旋定則找出：

一個正在進行轉動運動的物體，其角速度和此物體內部任何一點的轉動速度。

施加作用力於某位置所造成的力矩。

載流導線在四周所產生的磁場。

隨著時間的演進而變化的電通量也會生成磁場。

移動於磁場的帶電粒子所感受到的洛倫茲力。

移動於磁場的導體，因為動生電動勢而產生的感應電流。

流體在任意位置的渦度。

由旋轉設定的方向

對於物體或流體的旋轉、磁場等等，可以使用右手螺旋定則來設定矢量。逆反過來，對於由矢量設定的旋轉的案例，可以用右手定則來了解旋轉的轉動方式。

右手螺旋定則可以用於安培定律的兩種互補套用方法

安培右手螺旋定則:將右手的大拇指指向磁場方向，再將其它四根手指握緊電線，則彎曲的方向決定電流的方向。

螺線管載有的電流，會產生磁場。使用右手螺旋定則，可以判斷磁場方向。將右手握住螺線管，四根手指朝著電流方向指去，然後將大拇指沿著螺線管的中心軸伸直，則磁場的方向即為大拇指所指的方向。

右手螺旋定則也可以用來辨明一條電線四周磁場的方向。對於這用法，右手螺旋定則稱為“安培右手螺旋定則”，或“安培定則”。如右圖所示，假若將右手的大拇指朝著電線的電流方向指去，再將其它四根手指握緊電線，則四根手指彎曲的方向為磁場的方向。

在矢量微積分里，右手螺旋定則被用來定義面積矢量和其邊界矢量之間的關係：將四根手指指向邊界矢量的方向，大拇指為面積矢量的方向。

螺旋定則

我們通常通過以下三種方法辨別地球的南北極:

1.立木棒垂直於地面，白天時陰影的指向即為北極；但這只限於北回歸線以北北極圈以南的人們，所以此種方法不可行；

2.指南針；但地理北極和地磁北極有區別，故也不可行；

3.藉助星體；北極星和南十字星座；這種方法在夜裡可行。

更深層的問題，出現把我們關於北的概念，推廣到宇宙中其他部分的某個星球上時；因為如果“北”這個詞有什麼普遍的含義，那么任何別的星球也應有北極和南極。那么它的北極究竟是哪一個呢？因為所有的星球看起來都將完全不同。

天文學家們對此有一個簡單的規則，他們稱之為“右手螺旋定則”。偶爾地，天文學家們也需要解決這樣的問題。聖父基督說不定就是其中之一，至少按照《新科學家》（New Scientist）的一期聖誕特刊的說法是這樣。在一篇文章中，當問到我們的太陽系中的某個其他星球或月亮的北極，是否能為聖誕老人提供比地球更好的居所時，賈斯廷·馬林斯簡潔地描述了這一規則：

"使你的右手握拳成拇指向上的形狀。如果行星的運轉方向與你手指的彎曲方向相符，你大拇指所指的就是北極。試著用它比劃一下地球的旋轉方式（地球的旋轉式自西向東，這也是為什麼太陽看起來是從東到西運行的原因）。"

對於地球來說，金星的北極是位於其底部的，因為在我們的太陽系的行星中，金星是唯一在反方向上旋轉的。

力矩

可分為力對軸的矩和力對點的矩。

力對軸的矩是力對物體產生繞某一軸轉動作用的物理量。它是代數量，其大小等於力在垂直於該軸的平面上的分力同此分力作用線到該軸垂直距離的乘積；其正負號用以區別力矩的不同轉向，按右手螺旋定則確定：以右手四指沿分力方向（X軸/Y軸），且掌心面向轉軸（X軸/Y軸）而握拳，大拇指方向（Z軸）與該軸正向一致時取正號，反之則取負號。