釋義
磁場的方向可以根據“
右手螺旋定則”又稱 “
安培定則一” 來確定:用右手握住直導線,讓大拇指的方向指向電流的方向,那么四指彎曲的方向就是磁場方向。實際上,這種直導線產生的磁場類似於在導線周圍放置了一圈NS極首尾相接的小磁鐵的效果。
如果將一條長長的金屬導線在一個空心筒上沿一個方向纏繞起來,形成的物體我們稱為
螺線管。如果使這個螺線管通電,那么會怎樣?通電以後,螺線管的每一匝都會產生磁場,磁場的方向“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。那么,在相鄰的兩匝之間的位置,由於磁場方向相反,總的磁場相抵消;而在螺線管內部和外部,每一匝線圈產生的磁場互相疊加起來,最終形成了如圖2所示的磁場形狀。也可以看出,在螺線管外部的磁場形狀和一塊磁鐵產生的磁場形狀是相同的。而螺線管內部的磁場剛好與外部的磁場組成閉合的磁力線。
電生磁的一個套用實例是實驗室常用的電磁鐵。為了進行某些科學實驗,經常用到較強的恆定磁場,但只有普通的螺線管是不夠的。為此,除了儘可能多地繞制線圈以外,還採用兩個相對的螺線管靠近放置,使得它們的N、S極相對,這樣兩個線包之間就產生了一個較強的磁場。另外,還線上包中間放置純鐵(稱為磁軛),以聚集磁力線,增強線包中間的磁場,
對於一個螺線管,其內部的磁場大小用下面的公式計算:B=μ0iN/l
在這個公式中,i是流過的電流,N螺線管圈數, μ
0是常數,大小上等於
,l是通電螺線管的長度。
導線與磁
如果有兩條通電的直導線相互靠近,會發生什麼現象?我們首先假設兩條導線的通電電流方向相反,那么,根據上面的說明,兩條導線周圍都產生圓形磁場,而且磁場的走向相反。在兩條導線之間的位置會是什麼情況呢?不難想像,在兩條導線之間,磁場方向相同。這就好像在兩條導線中間放置了兩塊磁鐵,它們的N極和N極相對,S極和S極相對。由於同性相斥,這兩條導線會產生排斥的力量。類似地,如果兩條導線通過的電流方向相同,它們會互相吸引。
如果一條通電導線處於一個磁場中,由於導線也產生磁場,那么導線產生的磁場和原有磁場就會發生相互作用,使得導線受力。這就是電動機和喇叭的基本原理。
電和磁是不可分割的,它們始終交織在一起。簡單地說,就是電生磁、
磁生電。
磁場
磁體能夠吸引鋼鐵一類的物質。它的兩端吸引鋼鐵的能力最強,這兩個部位叫做
磁極。能夠自由轉動的磁體,例如懸吊著的磁針,靜止時指南的那個磁極叫做南極,又叫S極;指北的那個磁極叫做北極,又叫N極。異名磁極相互吸引,同名磁極相互排斥.磁鐵吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質稱為磁性。磁鐵兩端磁性強的區域稱為磁極,一端為北極(N極),一端為南極(S極)。實驗證明,同性磁極相互排斥,異性磁極相互吸引。
鐵中有許多具有兩個異性磁極的原磁體,在無外磁場作用時,這些原磁體排列紊亂,它們的磁性相互抵消,對外不顯示磁性。當把鐵靠近磁鐵時,這些原磁體在磁鐵的作用下,整齊地排列起來,使靠近磁鐵的一端具有與磁鐵極性相反的極性而相互吸引。這說明鐵中由於原磁體的存在能夠被磁鐵所磁化。而銅、鋁等金屬是沒有原磁體結構的,所以不能被磁鐵所吸引。
什麼是磁性?簡單說來,磁性是物質放在不均勻的磁場中會受到磁力的作用。在相同的不均勻磁場中,由單位質量的物質所受到的磁力方向和強度,來確定物質磁性的強弱。因為任何物質都具有磁性,所以任何物質在不均勻磁場中都會受到磁力的作用。
在磁極周圍的空間中真正存在的不是磁感線(註:由於磁場是看不見摸不著的一種引力場,科學家用一種帶箭頭的直線(也可以是虛線)來表示磁場的存在,稱之為磁感線。),而是一種場,我們稱之為磁場。
磁性物質的相互吸引等就是通過磁場進行的。我們知道,物質之間存在萬有引力,它是一種
引力場。磁場與之類似,是一種布滿磁極周圍空間的場。磁場的強弱可以用假想的磁力線數量來表示,磁力線密的地方磁場強,磁力線疏的地方磁場弱。單位截面上穿過的磁力線數目稱為
磁通量密度。
運動的帶電粒子在磁場中會受到一種稱為洛侖茲(Lorentz)力作用。由同樣帶電粒子在不同磁場中所受到洛侖磁力的大小來確定
磁場強度的高低。
特斯拉是
磁通密度的國際單位制單位。磁通密度是描述磁場的基本物理量,而磁場強度是描述磁場的輔助量。
尼古拉·特斯拉(
塞爾維亞語:
Никола Тесла;1856年7月10日-1943年1月7日)是塞爾維亞裔美籍發明家、物理學家、
機械工程師、
電機工程師和
未來學家。他被認為是電力商業化的重要推動者, 並因主要設計了現代交流電力系統而最為人知。
物質的磁性不但是普遍存在的,而且是多種多樣的,並因此得到廣泛的研究和套用。近自我們的身體和周邊的物質,遠至各種星體和星際中的物質,微觀世界的原子、原子核和基本粒子,巨觀世界的各種材料,都具有這樣或那樣的磁性。
世界上的物質究竟有多少種磁性呢?一般說來,物質的磁性可以分為弱磁性和強磁性,再根據磁性的不同特點,弱磁性又分為抗磁性、
順磁性和
反鐵磁性,強磁性又分為鐵磁性和
亞鐵磁性。這些都是巨觀物質的
原子中的電子產生的磁性,原子中的原子核也具有磁性,稱為
核磁性。但是核磁性只有電子磁性的約千分之一或更低,故一般講物質磁性和原子磁性都主要考慮原子中的電子磁性。
原子核的磁性很低是由於原子核的質量遠高於電子的質量,而且原子核磁性在一定條件下仍有著重要的套用,例如現在醫學上套用的
核磁共振成像(也常稱磁共振CT,CT是計算機化
層析成像的英文名詞的縮寫),便是套用氫原子核的磁性。
磁性材料可分為軟磁性材料如鐵和硬 磁性材料 如鋼 鐵等。
磁場概述
歷史上,電與磁是分別發現和研究的。後來,
電與磁之間的聯繫被發現了,如
奧斯特(H.C.Oersted)發現的
電流磁效應和安培發現的電流與電流之間相互作用的規律。再後來, 法拉第提出了
電磁感應定律,這樣電與磁就連成一體了。19世紀中葉,
麥克斯韋提出了統一的
電磁場理論,實現了物理學的第二次大綜合。電磁 定律與力學規律有一個截然不同的地方。根據
牛頓的構想,力學考慮的相互作用,特別是
萬有引力相互作用,是超距的相互作用,沒有力的傳遞問題(當然,用現代觀點看,引力也應該有傳遞問題),而電磁相互作用是場的相互作用。從
粒子的
超距作用到
電磁場的“場的相互作用”,這在觀念上有很大變化。場的效應被突出出來了。
電場與磁場不斷相互作用造成
電磁波的傳播,這一點由赫茲在實驗室中證實了。電磁波不但包括無線電波,實際上包括很寬的頻譜,其中很重要的一部分就是
光波。光學在過去是與電磁學完全分開發展的,麥克斯韋
電磁理論建立以後,光學也變成了電磁學的一個分支了,電學、磁學和光學得到了統一。這個統一在技術上有重要意義,發電機、電動機幾乎都是建立在電磁感應基礎上的。電磁波的套用導致現代的無線電技術。直到現在,電磁學在技術上還是起主導作用的一門學問 ,因此,在基礎物理學中電磁學始終保持它的重要地位。電磁學牽涉到在什麼
參考系統中來看問題,牽涉到運動導體的電動力學問題。直觀地說,“電流即電荷的流動產生
磁效應”,但判斷電荷是否流動就牽涉到觀察者的問題——參考系問題。光學是電磁學的一部分,所以這個問題也可表達成“光的傳播與參考系統有什麼關係”。邁克耳孫-莫雷實驗表明慣性系中
真空光速為不變數。這樣一來,也就肯定了在
慣性系統中電磁學遵循同一規律。這實際上導致了後來的
愛因斯坦狹義相對論。狹義相對論基本上是電磁學的進一步發展和推廣。邁克耳孫-莫雷實驗在19世紀還沒能解釋清楚,這是19世紀遺留的一個重要問題。
磁場定義
1、定義:磁體周圍存在著的物質,它是一種看不見、摸不著的特殊物質。(根本定義)
磁場看不見、摸不著我們可以根據它所產生的作用來認識它。這裡使用的是
轉換法。通過電流的效應認識電流也運用了這種方法。
2、基本性質:磁場對放入其中的磁體產生力的作用。磁極間的相互作用是通過磁場而發生的。
3、方向規定:在磁場中的某一點,小磁針北極靜止時所指的方向(小磁針北極所受磁力的方向)就是該點磁場的方向。
①定義:在磁場中畫一些有方向的曲線。任何一點的曲線方向都跟放在該點的
磁針北極所指的方向一致。
②方向:磁體周圍的磁感線都是從磁體的北極出來,回到磁體的南極。
③典型磁感線:
④說明:A、磁感線是為了直觀、形象地描述磁場而引入的帶方向的曲線,不是客觀存在的。但磁場客觀存在。
B、用磁感線描述磁場的方法叫建立理想模型法。
C、磁感線是封閉的曲線。
D、磁感線立體地分布在磁體周圍,而不是平面的。
E、磁感線不相交。
F、磁感線的疏密程度表示磁場的強弱。
5、磁極受力:在磁場中的某點,北極所受磁力的方向跟該點的磁場方向一致,南極所受磁力的方向跟該點的磁場方向相反。
6、分類:
① 定義:在地球周圍的空間裡存在的磁場,磁針指南北是因為受到地磁場的作用。
②磁極:地磁場的北極在地理的南極附近,地磁場的南極在地理的北極附近。
③
磁偏角:地理的南北極並不與磁鐵的南北極在一條直線上。這一現象首先由我國宋代的沈括髮現並記入在《
夢溪筆談》中。
Ⅱ、電流的磁場:
①
奧斯特實驗:通電導線的周圍存在磁場,稱為
電流的磁效應。該現象在1820年被
丹麥的物理學家奧斯特發現。該現象說明:通電導線的周圍存在磁場,且磁場與電流的方向有關。
②
通電螺線管的磁場:通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場一樣。其兩端的極性跟電流方向有關,電流方向與磁極間的關係可由
安培定則來判斷
電生磁是否消耗電能
如果磁場不對外做功,那么不會消耗電能,若相反必消耗。能量必須守恆。
磁現象
1、磁性:磁鐵能吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質(吸鐵性)
2、磁體: 定義:具有磁性的物質
分類:永磁體分為 天然磁體、人造磁體
3、磁極:定義:磁體上磁性最強的部分叫磁極。(磁體兩端最強中間最弱)
種類:水平面自由轉動的磁體,指南的磁極叫南極(S),指北的磁極叫北極(N)
作用規律:同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。
說明:最早的指南針叫司南 。一個永磁體分成多部分後,每一部分仍存在兩個磁極。
4、磁化: ① 定義:使原來沒有磁性的物體獲得磁性的過程。
磁鐵之所以吸引鐵釘是因為鐵釘被磁化後,鐵釘與磁鐵的接觸部分間形成 異名磁極,異名磁極相互吸引的結果。
②鋼和軟鐵的磁化:軟鐵被磁化後,磁性容易消失,稱為軟磁材料。鋼被磁化後,磁性能長期保持,稱為硬磁性材料。所以製造永磁體使用鋼 ,製造電磁鐵的鐵芯使用軟鐵。
5、物體是否具有磁性的判斷方法:①根據磁體的吸鐵性判斷。②根據
磁體的指向性判斷。③根據磁體相互作用規律判斷。④根據磁極的磁性最強判斷。
練習:☆磁性材料在現代生活中已經得到廣泛套用,音像磁帶、計算機軟碟上的磁性材料就具有硬磁性。( 填“軟”和“硬”)
☆ 磁懸浮列車底部裝有用
超導體線圈繞制的電磁體,利用磁體之間的相互作用,使列車懸浮在軌道的上方以提高運行速度,這種相互作用是指:同名磁極的相互排斥作用。
☆放在條形磁鐵南極附近的一根鐵棒被磁化後,靠近磁鐵南極的一端是磁北極。
☆用磁鐵的N極在鋼針上沿同一方向摩擦幾次
鋼針被磁化如圖那么鋼針的右端被磁化成 S極。
,