探究直流导线周围磁场的变化

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1、第３１卷第１１期物理实验Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．１１２０１１年１１月ＰＨＹＳＩＣＳＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮＮｏｖ．，２０１１櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶探究直流导线周围磁场的变化欧英雷（广东工贸职业技术学院电气自动化系，广东广州５１０５１０）摘要：利用螺绕环、线圈、电流计和可变电阻器等设备，设计了探究直流导线周围磁场变化的实验装置．由电源、转向开关和电阻来改变导线中电流大小和方向，进而改变直流导线周围的磁场，通过灵敏电流计来探究缠有线圈的螺绕环中感应电流的变化，由此得出直

2、流导线周围的磁场大小和方向与直流导线中电流的大小和方向的关系．关键词：直流；磁场；磁通量；感应电流中图分类号：Ｇ６３３．７文献标识码：Ａ文章编号：１００５－４６４２（２０１１）１１－００１０－０３相应的实验装置就可以将变化电流产生磁场，变１引言化磁场又产生感应电流的相互关系反映出来．电流能产生磁场，这种现象称为电流的磁效２．１探究直电流周围磁场变化的实验装置应．稳恒电流只能存在于闭合回路中，闭合回路图１中，Ｒ为变阻器，Ｋ为换向开关，ａｂ为直的形状和大小千变万化，每个载流的闭合回路产导线，Ｇ为灵敏电流计（零位在中间），ａｂ垂直于Ｐ生的磁场与

3、它的形状、大小和位置都有关．在研所在的平面．究有一定形状和大小的载流闭合回路产生的磁场时，可以把它们分割为许多无穷小的载流元，每个载流元看作是一段直电流．只要弄清楚任意一段直电流产生的磁场的规律，就可以利用磁场叠加的方法，把整个载流闭合回路产生的磁场的规律概括出来．在实际情况中，若在闭合回路中有一段长度为ｌ的直导线，在其附近ｄｌ的范围内，可以近似认为该导线为无限长的直导线，因此直图１探究直流导线周围磁场变化的实验电路图电流产生的磁场本实验装置最关键的部分为Ｐ，Ｐ为螺绕环，μ０Ｉ，Ｂ＝２πｄ是在磁导率为μ的圆环形芯子上，均匀而紧密地μ０为

4、真空磁导率．当ｌ足够大，ｄ足够小时，Ｂ就绕有Ｎ匝的线圈．这个圆环形的螺线形线圈是能确定．本文设计了一套实验装置，该装置的特密绕的，可以把它近似地看成是一系列圆线圈并点在于能方便地利用闭合的螺线管来测量出直电排起来组成的．当ａｂ垂直穿过Ｐ平面的中心时，流周围磁场的变化情况．直电流ａｂ产生的磁场的磁感线是沿着垂直于ａｂ的平面内的同心圆．因此螺绕环中的线圈能最大２实验方法限度地接收直电流磁场的磁感线数目．通过Ｐ的磁场也能产生电流，为了验证磁场的存在和电磁感应作用使闭合电路中Ｇ的指针发生偏转．变化，可以通过检测感生电流的存在与否来判定．１）当ａｂ

5、中的Ｉ恒定时，Ｇ的指针指零．Ｐ中在穿过闭合电路所包围的面积中的磁通量发生变没有感应电流，根据电磁感应定律，说明直电流化时，该电路中就会产生感生电流．笔者设计了ａｂ周围的磁场的磁通量没有发生变化，也就是稳收稿日期：２０１１－０９－０９作者简介：欧英雷（１９６３－），男，海南文昌人，广东工贸职业技术学院副教授，学士，研究方向为光电子学．第１１期欧英雷：探究直流导线周围磁场的变化１１恒电流周围的磁场也是稳恒的．小等因素的影响，本装置在实际实验过程中，不可２）通过Ｋ改变ａｂ中Ｉ的方向时，Ｇ的指针避免地会出现灵敏度不高，从而影响了本实验装发生瞬时偏

6、转．说明Ｐ中出现了短暂的感应电置用于测定直导线电流周围磁场的变化情况的应流，螺绕环有电磁感应现象，ａｂ周围的磁场发生用．为了改变这种状况对本实验装置进一步改进了变化，即直导线中电流方向改变时，其周围的磁和完善，使其更能适合于课堂上的实际操作．具场的方向也发生改变．体的改进电路如图２所示．３）通过Ｋ接通或断开ａｂ中的Ｉ时，Ｇ的指针均发生偏转，但方向相反．这表明Ｐ中发生了电磁感应现象，ａｂ周围的磁场发生了变化．４）利用变阻器Ｒ迅速增加ａｂ中的Ｉ值时，Ｇ的指针发生偏转．表明穿过螺绕环线圈中的磁通量发生了变化，使螺绕环线圈中出现了感应电流．从而证

7、明ａｂ中电流增大时，其周围的感应强度也将增大．图２改进实验装置电路图５）利用变阻器Ｒ迅速减少ａｂ中的Ｉ值时，Ｇ的指针向反向偏转．表明穿过螺绕环线圈中的磁图２中，Ｒ为变阻器，Ｋ为正反向开关，ａｂ为通量发生了改变，使螺绕环线圈中出现了感应电直导线，Ｇ为灵敏电流计（零位在中间），ａｂ垂直流，但其电流方向与上述情况相反．从而证明ａｂ穿过圆柱体Ｐ的中心．中电流减少时，其周围的感应强度也将减小．Ｐ是纵剖面为矩形的圆柱体线圈，装置图中除了上述的几种情况以外，还可以通过改变只是画出了半个圆柱体线圈的图形．该线圈是在直导线ａｂ与螺绕环Ｐ之间的位置关系，来检

8、验实磁导率为μ的空心的圆柱体芯上，均匀而紧密地验装置是否还能正确地判断直电流周围磁场的变绕有Ｎ匝的线圈．在图３中，圆柱形线圈的内环化规律．使ａｂ与Ｐ的平面处于平行状态，即ａｂ半径为ｒ１，外环半