生活中存在許多電磁應用, 到底電, 磁之間的關係如何呢?
首先想想看,指南針纏繞多圈漆包線後, 靜置一會兒, 指針會不會動?
答案是不會.
如果放個磁鐵在指南針旁, 那麼指南針會有什麼變化?
答案是指針會移動.
如果將漆包線通上電流, 指南針會有什麼變化?
答案是指針會移動.
由這個實驗可知, 磁場不只存在磁性環境, 在電力流動情況下也有磁力.
電生磁是於1820年,奧斯特 (H.C. Oersted,丹麥)從 通有電流的導線會影響旁邊的磁針的現象, 改寫了原本被認為電磁之間無關連性的歷史.
電生磁的發現, 可參考這裡.
一七七七年,一位名叫奧斯特(H.C. Oersted)的人,出生於一個藥劑師家庭,後來到德國和法國遊學時,在上天造萬物必有其關係的哲學洗禮下,他堅信電現象和磁現象有著共同的根源。
一八二○年,奧斯特主持一個電磁的講座,當天晚上他正在講課時突然靈感一來:「如果將通電導線與磁針平行排列,磁針會有怎樣的反應?」結果小磁針會擺動,當改變電流方向時,發現小磁針會向相反方向偏轉,此一現象說明了電流方向與磁針轉動之間有著某種關聯,於是在一八二○年七月二十一日向科學界宣布了電流的磁效應。
他證明了電與磁之間是有關係的,也揭開了電磁學的序幕。後來人們為了紀念他,就把磁場強度的單位以「奧斯特」命名。
再透過安培右手定則,圖片及說明來源見此處.
1. 如圖所示,一載流長直導線,若電流為由下而上,則產生環狀磁場
2. 以右手握住載流導線,姆指指向電流方向,則餘四指纏繞方向為感應磁場方向
3. 由上往下看為逆時針方向
4. 在任一點的感應磁場方向為其切線方向
5. 離載流導線愈遠,所生的磁場強度愈弱
(所謂磁場方向即為磁針N極在磁場中的受力方向,亦為磁針N極在磁場中所指的方向)即:
磁場方向=N極受力方向=N極所指方向
所以現在來重現奧斯特的實驗,
在未通電的情況下, 指南針以南北方向平行導線裝置擺放. 這時指南針是不會動的.
一旦通電後, 會看到指南針往東西方向移動, 根據安培右手定則可知, 大姆指為電流方向,四指的方向則為磁場方向.
好了, 既然電生磁已被證實, 那麼磁生電呢? 這就要來介紹法拉第了.
『運動的電荷(電流)可以產生磁,那運動的磁能不能產生電呢?』法拉第問出這樣的問題。
因此在1831年,法拉第(Faraday,1791-1867)經過十年的實驗, 終於實驗成功,證實運動的磁鐵,可以讓線圈產生電流。
關於法拉第的磁生電, 節錄如下.
米契爾.法拉第,一七九一年出生在一個鐵匠的家中,由於家境貧窮,他幼年並沒有受到完整的初等教育,在因緣際會之下進入了皇家學院實驗室,法拉第的科學生涯也隨之展開。
奧斯特的電磁效應論文發表後,法拉第的心中一直存著一個疑問,既然電與磁有密切聯繫,電能產生磁,那麼它的逆效應「磁能產生電」嗎?一八三一年的某一天,他在公園散步時突然想到,是否反過來利用磁的運動也可以產生電流,於是他急忙回到實驗室進行試驗,結果試驗成功。把一塊磁鐵放入金屬線圈中時,會使電流流入線圈,拿出磁鐵時,電流則反方向流動。
這一現象肯定了一個事實,電流不能無中生有,必須作功才能產生,於是他發現了電磁感應現象,這個現象的發現,奠定了日後電力工業發展的基礎。
這就是法拉第的磁生電裝置.