關於電流、電荷、磁場和磁力的文章
1819年,丹麥科學家漢斯·克里斯蒂安·奧斯特(1777-1851)發現了磁性與電流或運動電荷之間的關係。他發現,當指南針靠近帶電導線時,指南針會發生偏轉;而當沒有電流時,指南針則指向北方。
指南針的指針是一塊磁鐵,因此它可以被磁力移動。那麼,磁力(F)從何而來呢?在指南針指針附近有一條通電導線,所以磁力必然是由電流產生的。
觀察旁邊的圖片。電流方向和磁場方向可以用右手定則決定。如果電流 (I) 向上,則磁場 (B) 的方向如圖左所示。如果電流向下,則磁場的方向如圖右所示。
磁場會對載流導線施加力。
前面已經解釋過,電流可以對磁羅盤的指針施加力。那麼,磁鐵也能對電流施加力嗎?
假設有一條載流導線放置在磁鐵的南北極之間。磁場的方向以從北極指向南極的箭頭表示。如果電流 (I) 的方向以紅色箭頭表示,則會產生磁力 (F),其方向以藍色箭頭表示。
磁力 F 的方向垂直於電流 I 的方向,也垂直於磁場 B 的方向。
利用右手定則可以確定電流方向、磁場方向和磁力方向。
磁力、電流和磁場之間的關係可以用以下公式表示。
F = BI l sin θ
F 是磁力的符號,B 是磁場的符號,I 是電流的符號,l 是磁場中導線長度的符號。
θ 是電流方向與磁場方向之間的夾角。若電流方向垂直於磁場方向(90°),則 sin 90° = 1。公式變成 F = BI l;反之,若電流方向平行於磁場方向(0°),則 sin 0° = 0,因此磁力為 0。
為了計算磁場,上述公式改為:B = F / I l。
磁力的國際單位是牛頓(縮寫為N),磁場的國際單位是特斯拉(縮寫為T)。特斯拉是以塞爾維亞裔美國發明家和物理學家尼古拉·特斯拉(1856-1943)的名字命名的。根據上述磁場公式,磁場也可以用牛頓每安培米(N/A·m)來表示。除了特斯拉之外,磁場還可以用高斯(G)來表示。高斯是以德國數學家、天文學家和物理學家約翰·卡爾·弗里德里希·高斯(1777-1855)的名字命名的。 1高斯 = 10⁻⁴特斯拉
磁場中運動的電荷所受的磁力
磁場可以對載流導線施加磁力。電流是運動的電荷,因此磁場不僅可以對導線施加磁力,還可以對自由運動的電荷施加磁力。
計算磁場中運動電荷所受磁力的公式由先前的磁力公式 F = BI l sin θ 推導而來。因為 I = q/t 且 l = vt,所以磁力公式變成:

公式說明:F = 磁力,B = 磁場,q = 電荷量,v = 電荷的運動速度,θ = v 與 B 之間的夾角
如果 v 垂直於 B,則 θ = 90 °,其中 sin 90 ° = 1。反之,若 v 平行於 B,則 θ = 0 °,其中 sin 0 ° = 0。因此,當 v 垂直於 B 時,磁力最大;當 v 平行於 B 時,磁力為零。
磁力 F 的方向垂直於磁場 B,且垂直於電荷速度 v。