不知道大家有沒有這樣的經驗

做化學實驗的時候

用手攪拌好痠喔

用磁攪拌子攪拌溶液好了

可是大家有沒有想過攪拌子為什麼會轉起來呢？

地球會吸引所有物質

人和地球之間相吸引、

蘋果和地球之間、

月球和地球彼此之間有一股作用力

我們還觀察到

除了地球會吸引物質以外

也有其他物體會互相吸引

像是摩擦過的氣球會吸引頭髮

磁鐵會吸引迴紋針、 甚至很重的鋼板

放在指北針旁邊

指針也會被吸引

指北針在地球上每個不同位置的都會指向北方

究竟是為什麼呢？

為了弄清楚

我們在磁鐵周圍撒上非常多鐵粉

發現鐵粉會在磁鐵周圍站立起來

或是在磁鐵周圍放上非常多的迷你的指北針

會形成指北針連線

如果在一個棒狀磁鐵上方隔著一張透明片撒上鐵粉

你是否有觀察到這些排列有一個規律性呢？

我們將這些鐵粉或是指北針連線

稱為磁力線

磁鐵與磁性物質之間互相排斥或吸引的看不到的力量稱為「磁力」

磁鐵周圍形成的影響描述為「磁場」

就像重力與重力場

靜電力與靜電場

因眼睛看不到磁場

因此我們用鐵粉和磁針

排列出來的「磁力線」來更具體地描述

既然磁力線要設計來描述磁場

那麼磁鐵周圍的磁場有強有弱、

有不同方向、該怎麼表示呢？

用磁力線的密度表示磁場強度

磁力線密度高表示磁場強

磁力線密度低表示磁場弱

磁力線的切線方向表示指北針的指向

也是這個位置的磁場方向

因為磁鐵總是NS極一組一起出現

所以磁力線是封閉平滑曲線

在磁鐵外部由N到S

磁鐵內部由S到N

讓我們回頭想想

指北針為什麼可以指引我們往北邊呢？

因為地球內部有地磁就像個大磁鐵一樣

這是由於地球內部外核中的鐵、鎳等物質

在地球內部流動

再加上地球自轉而形成地球周圍的磁場

考考你

圖上的這兩個磁鐵周圍的磁力線應該是什麼樣子呢？

可以將畫面暫停

畫好之後再來對答案喔！

答案如畫面所示

當有兩個以上的磁鐵放在一起的時候

磁力線會是所有磁鐵各自造成的磁場加總起來的結果喔！

我們發現電流周圍會產生磁場

在周圍撒上鐵粉會看到鐵粉呈現特殊的排列方式

把指北針放在電流的旁邊

會看到指北針改變了方向

而且當電流方向改變

指北針的方向也會跟著改變

直導線電流產生的磁場也可以用磁力線表示

長直導線電流周圍的磁力線

呈現一圈又一圈圓心都在導線的圓圈

即使電流不是直的

而是繞成了線圈或是螺線管

撒上鐵粉之後也可以看到磁場的形狀

也可以用磁力線表示磁場的大小和方向

圓形線圈和螺線管的磁力線是和磁鐵類似的形狀

為什麼線圈和螺線管的磁力線會像磁鐵一樣呢？

這裡要特別注意

不管是磁鐵周圍的磁場還是電流周圍的磁場

磁場都是一種向量！

當我們把導線繞成一圈

我們可以把整個線圈看成是一小段一小段的直導線

這一段這兩段小小的直導線周圍的磁力線可以像這樣

隨著距離導線愈來愈遠

磁力線也愈來愈稀疏

有沒有注意到

雖然

左右兩段電流方向一個向上一個向下

但是在線圈的正中間

磁力線的方向都往「前方」

方向一致

當有很多圈線圈串在一起時

效果也和一個一個的線圈一樣

每一小段線圈周圍都有磁力線

合成起來就成為整個螺線管周圍的磁力線

在螺線管內部的磁力線

大致上沿著同一個方向

磁場強度大

在螺線管外圍

磁力線方向和螺線管內部相反

在螺線管外部的磁場強度較小

做化學實驗要攪拌使用的機器

將它拆開來看

裡面有一個馬達可以高速運轉

馬達上面黏有一個磁鐵

攪拌子也是一個小型的磁鐵

攪拌子和下面的磁鐵兩個互相吸引

當機器的磁鐵開始旋轉

就會吸引攪拌子一起高速旋轉

這一個單元

我們學到了磁鐵和電流周圍都會產生磁場

磁力線的特性有：

一、描述磁場

二、磁力線密度表示磁場強度

三、磁力線的切線方向表示指北針的指向

也是磁場方向

四、磁力線是封閉平滑曲線

畫面四張圖是幾種常見的磁力線形狀

瞭解攪拌子為什麼可以轉動後

有沒有想過

為什麼馬達可以轉得那麼快呢？

其實馬達的運作原理也和電流產生的磁場有關係

歡迎留言分享你的想法

我們在後面的單元會有更詳細的討論喔！

下次見囉

bye bye