大家有沒有看過懸浮玩具呢？

為什麼懸浮玩具可以在這個範圍裡面轉圈圈卻不會飛出去呢？

既然玩具浮在空中沒有和任何東西接觸

受到重力往下拉的玩具卻可以浮起來

那麼這個玩具應該是受到了非接觸力作用囉？

我們目前學過的日常生活中的力可以分成接觸力和非接觸力

其中常見到的非接觸力有重力、靜電力和磁力

玩具會抵抗重力沒有掉下去而浮起來

表示受到的是向上的作用力

是靜電力還是磁力呢？

將玩具拆開來後發現

原來玩具裡面藏了一個磁鐵

磁極N、S各在上下方

既然懸浮的關鍵是磁鐵

若要讓懸浮玩具穩定地懸在一定的範圍內

下方平台裡面是磁鐵

還是電磁鐵呢？

在上一個單元我們已經學到電流周圍會產生磁場

把指北針放在電流的周圍

指北針的方向都和電流垂直

如果改變電流的方向

指北針的方向也跟著改變

即使電流不是沿著直的導線流動

而是將導線繞成了線圈或是螺線管

當電流由左邊流入時

周圍的指北針沿著這些方向；

當電流改成由右邊流入時

周圍指北針的方向也會隨著電流方向改變而跟著換方向

如果這個平台底下的電磁鐵是通電的線圈

底下的線圈該怎麼擺放最有效率

最方便操控呢？

應該直的放？還是橫的放呢？

電流又應該怎麼流呢？

有沒有快速判斷的方法呢？

因為一條長直導線電流周圍的磁場會產生的磁場方向繞成一圈又一圈

每個位置的磁場都和電流方向垂直

電流和磁場之間的關係是立體的

我們改變觀察的角度

磁場會跟著電流一起改變

導線電流和產生的磁場方向的關係

剛好和我們的右手很像

食指、中指、無名指和小指互相平行、

大拇指的方向和另外四肢指頭互相垂直

因此我們把右手拿來快速地判斷導線周圍的磁場方向

當導線是直的：

大拇指代表電流的方向、

四指代表磁力線的方向

也就是磁場N極的指向

這就稱為安培右手定則

當電流不是直的

而是繞成了一圈線圈

電流會逆時針流動

周圍形成的磁場的磁力線

看起來會很像一個N極向上磁鐵一樣

這時候導線是彎曲的線圈

所以四指代表電流的方向、

拇指代表線圈中心軸上的磁場方向

如果把導線繞成很多圈串聯就變成了螺線管

這個螺線管的磁力線看起來也會很像一個磁棒的磁力線

導線是彎曲的線圈或螺線管

所以四指代表電流的方向、

拇指代表螺線管中心軸上的磁場方向

即使我們將一個容易被磁化的磁性物質放在螺線管裡面

周圍產生的磁場

還是可以用安培右手來判斷磁場的方向

與內部無磁性物質的螺線管相比

有磁性物質放在螺線管內部的磁場較強

沒有放的磁場較弱

但是

這樣我們只會判斷螺線管中心的磁場方向

那麼螺線管外圍的磁場像是這裡

或是這裡

要怎麼判斷呢？

因為不論是磁鐵、

直導線、單一線圈或是螺線管周圍的磁力線

都是封閉線圈

所以螺線管外圍的磁場方向

可以用右手判斷中心軸上磁場N極的指向後

可以想像成有一個N極在右方的磁棒放在裡面

沿著外圍畫出封閉曲線

用磁力線的切線方向判斷在螺線管周圍各點的磁場方向

所以A點的磁場方向往左上方、

B點的磁場方向往左

電流從右邊流入螺線管

用右手四指順著螺線管電流的方向繞

大拇指自然的會指向左邊

於是可以將整個磁力線畫出來

向左繞出去再從右邊穿回來

所以A點的磁場方向往左

B點的磁場方向往右

你答對了嗎？

最後我們來看看片頭的磁浮玩具

平台底下的電磁鐵是通電的線圈

底下的線圈該怎麼擺放最有效率

最方便操控呢？

原來底下有一個大磁鐵和四組小螺線管

磁鐵N極朝下當底下的感應器

偵測到上方的磁鐵在靠近右邊的螺線管時

微電腦會調整電流的方向

要設定成能排斥磁鐵

利用右手定則

很快知道電流應該要設定成逆時針

這時候磁鐵遠離左邊螺線管

將電流設定成能吸引磁鐵

利用右手定則

很快知道電流應該要設定成順時針

靠著偵測器和微電腦不斷調整電流方向和大小

使得磁鐵被限制在一個範圍內

我們來總結一下這一個單元的重點：

我們學到了

安培右手定則是用來判斷電流周圍產生的磁場方向

當導線是直的

我們用拇指代表電流的方向、

四指代表周圍磁力線的方向

也就是磁場N極的指向

當導線是彎曲的

像是螺線管或是線圈

我們用四指代表電流的方向、

拇指代表螺線管中心軸上磁場的方向

知道磁場方向後

周圍的磁力線可畫成封閉曲線

就可以知道任意位置的磁場方向

夏天到了

體育課剛下課好熱

好想趕快吹電扇喔！

電扇為什麼會轉呢？

將電扇拆開來

會發現裡面有一組線圈和小磁鐵稱為「無刷直流馬達」

電扇就是利用這個馬達讓扇葉轉動的！

想一想

如果要讓中間的四個磁鐵組順時針旋轉

應該要如何控制外圍線圈的電流方向呢？

歡迎留言分享你的答案

我們下次見囉

bye bye！