淺議磁場對電流的作用

吳宗源 湖南省長沙市長郡中學

淺議磁場對電流的作用

吳宗源 湖南省長沙市長郡中學

庫侖定律和安培實驗表明：電荷在電場中受到庫侖力；電流在磁場中受到安培力。以下簡要論述磁場對電流的作用。

磁場 電磁力 導體 電流 安培法則

1 安培力

安培力是指，通電導線在磁場中受到的作用力。電流為I、長為L的直導線，在勻強磁場B中受到的安培力大小為：F＝ILBsin(I，B)，其中(I，B)為電流方向與磁場方向間的夾角。安培力是磁場對電流的作用力，是一種性質力，其作用點可等效在導體的幾何中心處。

上面的公式就是安培力公式，式中各個參數分表代表的含義是：

F：表示導體在磁場中所受的安培力力，單位（N）

B：表示磁場的磁感應強度，單位（T）

I：表示導體內的電流，單位（A）

L：表示磁場中的導體長度，單位（m）

θ：表示磁感應強度方向與電流方向的夾角

由上面公式可看到，當磁感應強度方向與電流方向垂直時（θ=π÷2時），此時通電導體在磁場中受到的電磁力最大，即此時的安培力達到最大；如果磁感應強度的方向與電流方向平行是（θ=0°或θ=180°），通電導體在磁場中所受的電磁力為零，此時的安培力也為0。

電動機的通電線圈在磁場中之所以能夠轉動，就是載流導體受到磁場對電流的作用力——安培力的緣故。

安培力的方向——左手定則。通電導體即電流在磁場中所受的安培力方向與電流方向和磁場方向有關。三者之間的關系可用左手定則確定，如下圖所示。左手定則的確定方法如下：

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系的定則。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，那么四指的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，使四指彎曲與電流方一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

其中，電流與磁場方向不一定垂直；安培力的方向既垂直于電流方向又垂直于磁場方向，即安培力垂直電流和磁場所確定的平面。

2 磁場對電流的作用力探究

2.1 實驗探究

作為磁場對載流導體（電流）受作用的例子，把兩根載流直導線平行放在一起。實驗表明，如果兩直線所流過的電流方向相同，則相互吸引；反之，如果兩載流導線流過的電流方向相反，則相互排斥。出現這一現象的原因是：兩根載流直導線之間的相互作用力，實際上是導線受到電流產生的磁場對電流的力的作用。磁場對電流的作用力，叫做安培力。

2.2 作用力詳解

通電導線在磁場中受到的作用力。電流為I、長為L的直導線。在勻強磁場B中受到的安培力大小為：F=ILBsin(I，B)，其中(I，B)為電流方向與磁場方向間的夾角。安培力的方向由左手定則判定。對于任意形狀的電流受非勻強磁場的作用力，可把電流分解為許多段電流元I△L，每段電流元處的磁場B可看成勻強磁場，受的安培力為△F=I△L.Bsin(I，B)，把這許多安培力加起來就是整個電流受的力。

應該注意，當電流方向與磁場方向相同或相反時，即(I，B)=0或180時，電流不受磁場力作用。當電流方向與磁場方向垂直時，電流受的安培力最大為F=BIL。

安培力的實質是形成電流的定向移動的電荷所受洛倫茲力的合力。磁場對運動電荷有力的作用，這是從實驗中得到的結論。同樣，當電荷的運動方向與磁場平行時不受洛倫茲力作用，也是從實驗觀察中得知的。當電流方向與磁場平行時，電荷的定向移動方向也與磁場方向平行，所受洛倫茲力為零，它們的合力安培力也為零。

洛倫茲力不做功是因為力的方向與粒子的運動方向垂直，根據功的公式W=FScosα，α=90度時W=0。而安培力是與導線中的電流方向垂直，與導線的運動方向并不一定垂直，一般遇到的情況大多是在同一直線上的，所以安培力做功不為零。

3 結語

磁場對電流的作用實質上就是磁生電的安培力，探究安培力是高中物理教學中的一個重要實驗。課程標準要求學生通過實驗認識安培力，學會判斷安培力的方向并計算勻強磁場中安培力的大小。

[1]駱換昌,探究安培力實驗的設計.[J].中國現代教育裝備,2013(12)

[2]胡五生,電磁感應中的能量轉換分析.[J].華北水利水電學院學報,2008(12)