高中電工機械_概論_基礎電磁理論(二)_黃文林

各位同學大家好,在這段影片中,我將為大家介紹載流導體所生磁場之方向與載流導體在磁場中受力的大小。 接著我們要介紹載流導體所生磁場之方向,載流導體所生磁場之方向呢,我們在前面有提到 奧斯特他電生磁效應提供了後來發明電動機的理論基礎,法拉第磁生電提供了後來發明發電機的理論基礎。 如下圖所示,我們要介紹安培右手定則,單根導體我們通上電源之後呢, 右手大拇指指向電流的方向,再將其他四根手指緊握電線,則四根手指彎曲的方向為磁場方向。 如圖中所示,在左側這個螺絲釘的部分,它的尖端是代表著電流的方向, 而它順時針旋轉,旋緊的部分的方向呢,就是磁場的方向。 那在右側,我們有一個電池還有一個導線,那它的電流方向是從上往下,右側端是由上往下, 那它的磁場呢,也是藉由安培右手定則,我們可以知道它是圍繞著導線在運轉。 那它的磁場方向呢,也如圖上藍色箭頭符號所示。 接著我們用其他的圖示來表示,如果說我們現在用單根導線,那我們是用手去握著的方向的話呢, 那拇指方向就是電流方向,四指的方向也就是藍色,也就是磁場方向。 如果說我們從單根導線圖A的左邊看進去,我們會發現它的磁場方向呢,是逆時針。 如果說是在導線的右端看進去,圖C它是流入,所以它的磁力線方向是順時針。 那這邊呢,紅色的部分是它電流的方向,一個點的部分是指流出我們的螢幕。 那右側圖C,它一個十字往內是代表流入螢幕。 那在我們基本電學裡面呢,也有提到說這個符號的標示呢,是藉由什麼?是藉由一個, 比如說我們射箭,如果說箭是朝你這個方向過來,你會看到一個點。 那如果說是離你而遠去,你會看到它羽毛交叉的部分,所以我們在符號的記號上是以這個為基準。 接下來我們要介紹螺旋定則,那螺旋定則的話呢,它等於是反過來, 我們是應用在螺線管上面,如果說我們現在有一個螺線管,那它的管路呢,電線是彎曲的, 那通以電流之後,就如同我們圖上所示,它電流的方向呢,會呈一個旋轉的方向。 那這個時候呢,我們一樣用我們的右手,如果說我們用右手的四隻手指頭,是來代表電流的方向, 那我們拇指的方向呢,就會是磁場N的方向,那這個部分呢,就是可能要請各位同學特別留意, 有些時候,同學可能會把拇指和四隻手指頭的代表性的東西用反, 但是在這邊的話呢,其實我們很好記的就是說,如果它是旋轉狀,那當然就是用我們的四隻手指頭, 那單方向的呢,就是用我們的拇指,那如果說以螺線管來說的話呢,它的旋轉的部分是電流, 所以我們四隻手指頭就是代表電流,那單根導線的部分呢,因為導線是直的, 所以我們的拇指也是直的,所以因此我們的拇指代表的就是電流的方向,那當然另外一個就是我們的磁場方向, 所以不會很難記,接下來我們要討論載流導體在磁場中受力的大小,如果說我們現在有一根導線在磁場中,放置在磁場中, 那它會受到一個電磁力的推動,那這個地方呢,我們是有一個公式F等於BLIsinθ, 那這邊呢,一般我們的教科書裡面,可能會把L跟I的方向是, 的位置是反過來,那原則上,我是習慣把I放在sinθ的旁邊, 因為這樣子的話呢,我們的θ,因為θ呢,是什麼樣的角度,是我們電流方向的角度跟我們磁力線的夾角, 所以如果說我們把I放在一起,把I跟sinθ放在一起,就可以提醒我們,那個角度是電流和磁力線的夾角, 所以在這裡的話呢,我們可以看一下圖上面所示,我們的B呢,就是我們的磁通密度, 那我們的L呢,就是我們的在磁場中的導線的長度,那I就是我們的電流, θ就是我們導線,電流的方向跟我們磁力線的夾角,那在這邊的話呢, L乘上sin就是我們導體在磁場中的有效長度,那為什麼是有效長度呢? 因為我們在波蘭明左右鎖定則之中,我們知道三者呢,磁力線運動方向跟電流方向,三者是呈垂直, 所以呢,我們要把我們的長度去等效到θ的對角,也就是L,要去乘上sinθ,才會是它的有效長度。 接著我們來看一下它的單位,F電磁力的部分呢,在mks字裡面是牛頓, CGS字裡面是達因,那B磁通密度在mks字裡面,我們前面有提過是特斯拉, 或者你要說米平方,微薄,也可以,那CGS字裡面我們是用高斯, 電流的部分我們在mks字裡面是安培,在CGS字裡面是電磁安培, L有效長度呢,我們在mks字裡面是公尺,在CGS字裡面是公分, 那在下面的話呢,有一些單位的轉換,這個部分可能需要同學要把它記起來, 牛頓的部分我們等於10的五次方達因,一微薄除以米平方,也就是以特斯拉等於10的四次方高斯, 那1安培等於十分之一電磁安培,也就是0.1電磁安培,那一微薄等於10的八次方線, 接著我們來做一個例題,那請同學先在此暫停,自己練習一下, 然後等練習完之後再跟老師對答案,好,相信同學已經算完,我們來看一下, 這一題的話呢,其實是很基本的題目,我們純粹代公式而已,它要求 導體在一個磁場裡面所受的作用力為多少牛頓,那我們來看一下它給的條件, 它的有效長度呢,是80公分,那電流是60安培,置於0.5米平方微薄的均勻磁場中, 那它的角度呢,導線跟磁場的角度是乘30度,所以我們只要照帶數據, 基本上就可以得到正確的作用力的答案,那我們請看一下,F等於BLIsinθ, 那我們就把數字帶進去,B是0.5,L是0.8,電流是60安培,那角度是sin30度, 那sin30度是1 2,所以乘完的結果就是12牛頓,接著練習題的部分呢,一樣請同學 可以先在此先暫停,然後自己練習一下,好,相信同學已經算完, 那我們來看一下,一樣也是代工式而已,但是這邊呢,因為它需要同學做一些單位的換算, 我們來看一下,它這邊呢,它假設它的長度是100公分,所以我們要把它換成0.1公尺, 把它換成1公尺,那電流的部分是15安培,那磁通密度的部分是5000高斯, 所以呢,我們在運算的時候要把它乘以10的負4次方,讓它變成微薄,所以在這邊的話,我們直接代工式, F等於BLIsinθ,那B的話呢,就是5000,那要乘以10的負4次方,然後再乘上長度的話呢, 是0.1公尺,那這邊我們是把它寫成100公分乘上10的負2,再乘上15安培,再乘上sin90度, 因為題目提到它的放置的位置跟磁力線是互相垂直,所以90度,sin90度的話是1,那cos90度的話是0, 那這邊呢,我們把它乘完的結果就是7.5牛頓,那本單元老師就先講解到這邊。 哈囉,各位同學,看完本段影片後,你記得了多少呢?一樣,讓我來考考各位, 請問安培右手定則和螺旋定則,它們的定義差別在哪裡呢?如果想不起來,你可能要從基本電學重頭複習喔。