實驗 4: 電流天平 ( 課本實驗 18)

目的 : 測量二載流導線間之磁力 原理 : 一長導線 1, 帶定電流 I1 = I1z, 產生磁場 B1 = 0I1/2r.f

( 圓柱座標 r, f, z)

( 磁透常數 0 4 x 10-7 Tm/A)(SI)

另一平行長導線 2, 帶常電流 I2, 相距 r = d, 線段 l 受磁力

F2 = l1I2 x B1 = 0I1I2l/2dr

二導線載流方向相反時 , 磁力為排斥力 二導線載流方向相同時 , 磁力為吸引力

( 例 ) I = I1 = I2 = 1 A, d = 1 m, F/l = 2 x 10-7 N/m

[SI unit 基本物理量 : 電流 (A) 之操作定義 (1946)]

實驗 : 利用電流天平 (current balance) 測磁力靜導線 (11): 在固定底座上 , 電流 I動導線 (12): 形成可動框架 (8) 之一部份 , 以刀口 (2) 架在刀口架 (1) 上 ,可自由擺動 , 反向電流 I 受排斥磁力向上傾斜擺動

傾斜度控制 :-- 砝碼 (13): F = mg-- 平衡質量 (3)-- 感度質量 (6): 控制靈敏度

擺動控制 :阻尼磁鐵 (9): 利用金屬片在磁場中之旋渦電流變熱來消耗擺動動能

導線間距離 : d0 ~ 2 mm擺動週期 : ~2 s

電流天平 (current balance)( 保護儀器 , 注意安全 )

(4-3)

直流電源供應器：輸出 (max): 30 V (dc), 3 A (dc)輸出模式 : CV( 等電壓輸出 ), CC( 等電流輸出 )

C. 歐姆計1. 因電阻 R 會產生焦耳熱功率 P = I2R, 電流不能太

大2. 電阻器 (resistor) 標示 ( 電阻 W 及熱功率 W) R = a,b,c,d,(e) 環 = abc x 10d W e% error 銀 (-2), 金 (-1), 黑 (0), 棕 (1), 紅 (2), 橙 (3), 黃 (4), 綠 (5), 藍 (6), 紫 (7), 灰 (8), 白 (9)

兩導線距離 d: 用光槓桿 (optical level) 測量

反射鏡 (4): 傾斜角 q, 到尺距離 b,到導線距離 a, 雷射光高度 D D/b = tan2 ~ 2tan ( 小角度時 )

= 2(d0/a)

d0: 兩導線間隔

d : 兩導線中心距離 d = 2r + d0 ( 導線半徑 r ≠ 0)

= 2r + aD/2b

I = I1 = I2

F = mg = 0I2l/2d I2

DVD: 電磁感應 (Electromagnetic Induction)(The Mechanical Universe…and Beyond/MU37)

[Annenberg/CPB/www.learner.org]

Faraday’s law ( 法法法法法 )time-dependent magnetic flux ( 法法法 ) B(t) = surface B.dAinduced electromotive force (emf) ( 法法法法法 ) e e = - dB/dt (Faraday’s law of electromagnetic

induction)or induce an electric field E ( 法法法法 ) closed loop E.dl = e = -(d/dt)surface B.dA

Inductor ( 法法法 )(ex) solenoid inductor ( 法法法法法法 ) self-induced emf from current i(t) e = - (dB/di)(di/dt) = - L(di/dt) where L is inductance ( 法法 ) (henry H = T.m2/A)