通電導線的磁力有多大？

演示兩條通電的平行鋁管間之電磁作用力。

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？

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：

$\vec{F_{a}}=i_{a}\vec{L}\times \vec{B_{a}}$

同理可推得，鋁管b在鋁管a建立的磁場下所受的力為：

$\vec{F_{b}}=i_{b}\vec{L}\times \vec{B_{a}}$

其關係如圖一、二所示。

Lozentz force 1
Lozentz force 2

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 $B_{b}$ 為：

$B_{b}=\frac{\mu _{0}ib}{2\pi d}$

再根據 $\vec{F_{a}}=i_{a}\vec{L}\times \vec{B_{b}}$ 可得知

$F_{a}=i_{a}LB_{b}sin\theta =\frac{\mu _{0}Li_{a}i_{b}}{2\pi d}$

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。

“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)

杜宗勳

朱慶琪

杜宗勳