磁場

磁場與磁力線、電流的磁效應、載流導線在磁場中所受的力、載流線圈在磁場中所受的力矩、安培計和伏特計的原理和構造、帶電質點在磁場中所受的力

地磁極

地磁極 (Geomagnetic Pole)
國立臺灣大學物理學系 陳昱璟

地磁極 (geomagnetic pole) 為兩個位於地球表面上的點,靠近地理南北極,若將地球的磁場模擬成一磁偶極 (magnetic dipole),此磁偶極的中心軸與地球表面的交點即為地磁極,通過兩點的軸則為地磁軸,地磁軸並不和地球自轉軸重合,而是相差約 11 度的夾角,由圖一我們可以清楚地了解彼此的相對位置。

電磁鐵

電磁鐵 (Electromagnet)
國立臺灣大學物理學系 陳昱璟

電磁鐵 (Electromagnet) 為一個將電能轉換為磁場的裝置,藉由電流磁效應來產生磁場,當電流停止,磁場也隨之消失,一般的電磁鐵通常做成螺線管,中心會放入鐵磁性物質,如:鐵、鎳,來增加磁場的強度,產生更強的電磁鐵。螺線管中的磁場方向可由安培右手定則得知,圖一為螺線管的剖面圖,點代表電流流出螢幕,叉代表電流流出螢幕,而箭頭線則代表磁力線。

勞侖茲力(Lorentz force)及動生電動勢(motional emf)

當帶電荷的東西存在電場中,很自然的會受到電力作用,此力為F = qE,其中F是電力大小與方向,q是東西的帶電荷量,E是電場大小與方向。( 註 : q可以是負的,例如電子的帶電荷量就是負的,如果東西的帶電荷量是負的話,那麼東西所受到的電力就與電場方向剛好相反。) 當帶電荷的物體在磁場中運動時,會受到一個垂直於其運動方向的力,其力的大小與方向為 F = q ( v x B ),q為物體的帶電荷量,v為物體運動的速度,B為磁場方向與大小。在古典電磁學中,這算是很基本的原理,而且沒有更基本的原理可以解釋,為什麼帶電荷的物體在磁場中運動的時候會受到一股垂直其運動方向的力。 當帶電荷的物體同時在電場與磁場中運動時,就會同時受到電場與磁場的作用力,也就是勞侖茲力:F = q ( E + v x B ),由於力是向量 ,可以相加,所以電磁力 ( 勞侖茲力 ) 是電力加磁作用力。 電力與磁力在生活中隨處可見,人類的現代生活之所以能如此方便,大部分原因是因為我們能把電力與磁力廣泛的應用。勞侖茲的電磁作用力方程式,寫下了如何以古典方式描述電子運動,為我們要如何應用電力打下了基礎(當然歐姆定律也不可或缺)。很多有關電磁的事物都會跟勞侖茲力方程式扯上關係。

三用電表

三用電表
國立臺灣大學物理系陳昱璟

簡介

三用電表是一種多功能用途的的電子測量儀器,主要用於物理、電子等測量領域,常見於進行電子儀器的基本故障檢測以及許多基本測量。一般所使用的三用電表,主要功能是測量電路的電壓、電流和電阻值,大多包含電流表(安培計)、電壓表(伏特計)、電阻表(歐姆計)等功能,三用電表有不同之稱呼,如萬用計、多用電表、伏特-歐姆-微安計等等。

三用電表是由一個圈轉電流計、倍率器、分流器、整流器及電池等組合而成的多功能儀器,由開關的切換,即可分別使其成為直流電壓計、電流計、交流電壓計及電阻計,每一種計器又分為各種單位以適合實際需要。

除了基本的功能外,必要時配合其他輔助設備,也可達到其他功能,例如:用來測量電容、電感、電晶體、二極體及分貝等值。

必歐-沙伐定律

必歐-沙伐定律 (Biot-Savart law)
國立臺灣大學物理系林司牧

丹麥物理學家奧斯特(Hans Christian Oersted 1777 –1851)於1820年首先發現,載有電流導線附近之磁針會偏離南北的方向。同年,法國物理學者必歐(Jean-Baptiste Biot 1774 –1862)與沙伐(Félix Savart 1791–1841)共同以實驗確立了通有電流的長直導線周遭磁場的性質。數天後,法國數學家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace 1749 –1827)便提出一個理論,指出必歐-沙伐的實驗結果可以看成是由於導線上每一小段的電流在遠處產生了一個與距離平方成反比的磁場所致。而很快地,必歐便以精巧的實驗更進一步確立、並拓展了建立了拉普拉斯的說法。後世則習慣上把此綜合成果稱為必歐-沙伐定律。在靜磁學裏,必歐-沙伐定律 (Biot-Savart Law)方程式用以描述電流在其周圍所產生的磁場,且由公式可看出磁場與電流的大小、方向、以及距離有關。

磁滯曲線

磁滯曲線 (Hysteresis loop)
臺中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

磁滯曲線,是指給予鐵磁性(ferromagnetic)物質外加磁場,而使得此物質之磁性產生強度變化,再將此兩者的關係加以記錄並繪圖,而描繪出的曲線,其曲線形狀,可參見Fig.1。

磁性物質(Ⅱ)–鐵磁性、反鐵磁性(Magnetic Material–Ⅱ)

磁性物質(Ⅱ)–鐵磁性、反鐵磁性(Magnetic Material–Ⅱ)
國立臺灣師範大學物理系李聖尉碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

承接上篇『磁性物質(Ⅰ)–反磁性、順磁性』,本篇則從鐵磁性、反鐵磁性物質談起:

磁性物質(Ⅰ)–反磁性、順磁性(Magnetic Material–Ⅰ)

磁性物質(Ⅰ)–反磁性、順磁性(Magnetic Material–Ⅰ)
國立臺灣師範大學物理系李聖尉碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

物質的磁性起源於物質內原子磁矩間之排列或交互作用所形成之巨觀現象,而原子磁矩主要來自三個原由:

  1. 電子軌道(Orbital)磁矩:電子繞原子核公轉所產生的磁矩。
  2. 電子自旋(Spin)磁矩:電子內稟所產生的磁矩。
  3. 原子核磁矩 : 原子核內稟或相對電子公轉運動所產生的之磁矩,但原子核磁矩之值很小,相較於電子磁矩而言,可被忽略。

力線(Field line)與場(Field)

力線(Field line)與場(Field)
國立彰化高級中學物理科劉翠鵑老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

磁石吸鐵及琥珀摩擦生電等現象早在古希臘時代就開始被研究,但要一直到18世紀,富蘭克林、庫倫、安培等人,研究靜電之間電作用與靜磁之間磁作用,才是電磁學發展的開始。當時,一位想像力豐富的實驗天才,法拉第(Michael Faraday)做了一個簡單的實驗,在白卡紙上灑上鐵粉,並在紙下放一磁極,輕敲卡紙後,鐵屑在磁鐵周圍連成規則曲線,這樣圖線吸引著他,心想著”空間中真的如牛頓所說的,除產生超距力的粒子以外一無所有嗎?”

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