電流產生的磁場
運動的電荷會在其周圍產生磁場，因此任何載流導線周圍都會形成環形的磁感線。如果把這根導線繞成線圈，每一匝產生的磁場會線上圈內部疊加，形成一個沿線圈軸線方向的強大而均勻的磁場。繞的匝數越多，或透過的電流越大，線圈內部的磁場就越強。
公式
B = μ₀ · N · I / L
- B — 磁場 (T): 線圈內部磁場的強度
- μ₀ — 真空磁導率 (T·m/A): 一個固定常數，決定了電流產生磁場的強弱程度
- N — 匝數 (turns): 構成線圈的導線匝數
- I — 電流 (A): 每秒透過導線的電荷量
- L — 長度 (m): 纏繞這些匝數所佔的線圈長度
解題示例
一個螺線管(線圈)有500匝導線，繞制在長度為0.5米的線圈上，透過的電流為2安培。線圈內部的磁場強度是多少？
- N = 500 匝
- I = 2 A
- L = 0.5 m
- B = μ₀ · N · I / L
- B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m
B = 8π × 10⁻⁴ T
自我檢測
如果螺線管的匝數從500變為1000匝，電流和長度不變，線圈內部的磁場會發生什麼變化？
- 正確答案: 增大一倍，變為 16π × 10⁻⁴ T
- 減小一半，變為 4π × 10⁻⁴ T
- 保持不變，仍為 8π × 10⁻⁴ T
回答正確！B 與 N 成正比，所以匝數增大一倍，磁場也增大一倍:4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T。
對於一根沒有繞成線圈的單根載流直導線，它周圍的磁感線呈什麼形狀？
- 像線圈內部那樣的均勻磁場
- 沿導線方向的直線
- 正確答案: 環繞導線的圓圈
完全正確——載流直導線周圍會形成環繞導線的圓形磁感線，遵循右手定則。
在哪裡能看到
廢鐵場的起重機垂下一捲線圈，電流一開，就能吊起一輛車——電流一關，車子就落下。沒有電流就沒有磁性；通了電，完整的磁性說有就有：門鈴、MRI 掃描儀和廢鐵場起重機其實都是同一種裝置——一個螺線管，它的磁場完全由一個開關指揮。
常見誤解
第一是磁場的形狀：直導線周圍的磁力線是一圈圈環繞著導線的圓——不是直線，也不是均勻磁場；強而均勻的磁場只出現在線圈內部。第二是大小比例：B = μ₀ · N · I / L 隨匝數和電流增大，所以電流不變、匝數從 500 增加到 1000 時，線圈內部的磁場正好加倍。產生磁場的是電流——鐵芯只是把磁場集中而已。
關聯知識
這是電磁學模組從電轉向磁的樞紐：庫侖定律和電容談的都是靜止的電荷，而在這裡，運動中的電荷——電流——在自己周圍攪起了磁場。下一課的羅倫茲力把這個迴圈接完：那些磁場會回過頭來，推任何恰好經過的其他運動電荷。