4-1 電流磁效應
4.1.1 電流磁效應的發現
1820 年，丹麥科學家厄斯特（Hans Christian Ørsted）發現，當電流通過導線時，附近的磁針會發生偏轉，這表明電流會產生磁場，這種現象稱為電流磁效應。
這一發現揭示了電與磁之間的關聯性，為電磁學的發展奠定了基礎。
法國科學家安培（André-Marie Ampère）進一步研究了電流與磁場的關係，總結出安培定律，並提出了判斷電流與磁場方向的規則。
問題 1：
電流磁效應是由誰發現的？這一發現的重要性是什麼？
解題策略：
回憶電流磁效應的發現者和其對電磁學的重要影響。
4.1.2 安培右手定則
安培右手定則是用來判斷電流產生的磁場方向的規則。根據不同的情況，應用方式略有不同：
1. 長直導線周圍的磁場方向
握拳狀右手定則：
- 用右手握住長直導線，拇指指向電流方向。
- 四指環繞的方向即為磁力線（磁場）的環繞方向。
2. 環形載流導線（線圈）的磁場方向
螺線管右手定則：
- 右手四指指向電流的環繞方向（沿著線圈纏繞方向）。
- 拇指伸直的方向即為線圈中心磁場的方向，相當於螺線管的 N 極方向。
3. 螺線管（螺旋線圈）的磁場方向
螺線管的磁場與棒狀磁鐵相似，可以用右手握拳定則判斷：
- 右手四指沿著電流方向（從正極到負極）纏繞線圈。
- 拇指伸直的方向即為螺線管內部磁場的方向，也是螺線管的 N 極方向。
這些規則可以幫助我們直觀地判斷磁場的方向，是學習電磁學的重要工具。
問題 2：
如何使用安培右手定則判斷長直導線周圍的磁場方向？
解題策略：
回憶握拳狀右手定則的應用步驟。
問題 3：
如何使用安培右手定則判斷螺線管內部的磁場方向？
解題策略：
回憶螺線管右手定則的應用步驟。
問題 4：
一個環形線圈中的電流方向為逆時針，從線圈正面看去，螺線管的 N 極在何處？
解題策略：
使用螺線管右手定則，四指指向電流方向，拇指指向 N 極。
4.1.3 右手開掌定則
右手開掌定則（也稱為佛萊明左手定則）用於判斷帶電粒子或載流導線在磁場中受力的方向。
- 伸開右手，讓拇指、食指和中指互相垂直。
- 食指指向磁場方向（由 N 極指向 S 極）。
- 中指指向電流方向（正電荷運動方向）。
- 拇指所指的方向即為受力方向。
這一定則是研究電動機原理、帶電粒子在磁場中運動的重要工具。
問題 5：
在右手開掌定則中，各手指分別代表什麼物理量？
解題策略：
記住右手開掌定則中各手指代表的物理量。
問題 6：
一電子以垂直於磁場的速度進入磁場，如何判斷其受力方向？
解題策略：
電子為負電荷，受力方向與正電荷相反。
問題 7：
一載流導線垂直放入紙面向內的磁場中，若電流方向向上，受力方向為何？
解題策略：
使用右手開掌定則，食指指向紙面內，中指向上，拇指指向右。
4.1.4 電流磁效應的應用
電流磁效應在日常生活和工業中有廣泛的應用，其核心技術包括電磁鐵和電動機。
1. 電磁鐵
電磁鐵是將軟鐵芯插入通電的螺線管中，通電時產生強大的磁場，斷電後磁場消失。應用包括：
- 電磁起重機：用於搬運重型金屬物體。
- 電磁鎖：用於安全門禁系統。
- 繼電器：作為開關控制電路。
2. 電動機（馬達）
電動機利用電流在磁場中受力轉動的原理，將電能轉換為機械能。應用包括：
- 家用電器：如洗衣機、風扇、電鑽等。
- 交通工具：如電動汽車、電動自行車。
- 工業機械：如機器人、數控機床。
問題 8：
為什麼電磁鐵在通電時會產生磁性，斷電後磁性消失？
解題策略：
回憶電流產生磁場的原理和磁性材料的特性。
問題 9：
電動機是如何將電能轉換為機械能的？
解題策略：
考慮電流在磁場中受力的方向和作用，導致線圈轉動。