第 14 章 第 2 节 电流的磁场

2002 年 12 月 31 日，世界上第一列投入商业运营的磁浮列车（图 14–2–1）在上海通车，其设计最高速度为 430 km/h。磁浮列车行驶时车身悬浮在轨道上，大大减小了列车前进过程中的阻力，从而能够高速行驶。磁浮列车为什么能悬浮起来呢？

电流周围有磁场吗？

在历史上，人们在相当长的一段时间里都认为电和磁是互不相关的。1820 年，丹麦物理学家奥斯特（H. C. Oersted，1777—1851）发现：电路通电时，导线下方的小磁针会转动。

奥斯特在深入研究该现象后指出，电流周围也存在着磁场，这一现象叫做电流的磁效应。正是电流周围的磁场，影响了下方小磁针的指向。

电流磁效应的发现进一步激发了科学家们的探索热情，他们让电流通过不同形状的导线，研究电流周围产生的磁场。如图 14–2–3 所示，将导线绕制成螺旋形的线圈，做成螺线管，通电螺线管周围的磁场会强得多。

通电螺线管外部的磁场有什么特点？

与研究磁体周围磁场的方法相同，我们也利用小磁针和铁屑来探究通电螺线管外部的磁场。在玻璃板上均匀地撒一些铁屑，给螺线管通电后，轻轻敲击玻璃板，观察铁屑的排列情况，如图 14–2–4 所示，可以看出通电螺线管外部的磁场分布与条形磁体周围的磁场分布相似。通电螺线管的哪一端相当于条形磁体的 N 极？

法国物理学家安培又进一步做了大量实验，研究了通电螺线管磁场方向与电流方向之间的关系，并总结出了右手螺旋定则（right-handed screw rule），如图 14–2–6 所示。

用右手握住通电螺线管，弯曲的四指指向电流方向，那么大拇指所指的那端就是通电螺线管的 N 极。

电流的磁场有哪些常见的应用？

内部带有铁芯的螺线管在通电时磁性会更强，我们把内部带有铁芯的螺线管叫做电磁铁，图 14–2–7 所示的装置就是最简单的电磁铁。实验表明，电磁铁的磁性强弱与线圈的匝数、线圈中的电流大小等有关。

由于电磁铁磁性的有无、强弱和磁场的方向都可以由电流来方便地控制，电磁铁在生产生活中有着广泛的应用。

电磁铁最直接的应用之一是电磁起重机。电磁铁安装在吊车上，通电后一次可以吸起几吨钢材，如图 14–2–8 所示，移动到指定位置后切断电流，即可放下钢材。