电流产生的磁场
运动的电荷会在其周围产生磁场，因此任何载流导线周围都会形成环形的磁感线。如果把这根导线绕成线圈，每一匝产生的磁场会在线圈内部叠加，形成一个沿线圈轴线方向的强大而均匀的磁场。绕的匝数越多，或通过的电流越大，线圈内部的磁场就越强。
公式
B = μ₀ · N · I / L
- B — 磁场 (T): 线圈内部磁场的强度
- μ₀ — 真空磁导率 (T·m/A): 一个固定常数，决定了电流产生磁场的强弱程度
- N — 匝数 (turns): 构成线圈的导线匝数
- I — 电流 (A): 每秒通过导线的电荷量
- L — 长度 (m): 缠绕这些匝数所占的线圈长度
解题示例
一个螺线管(线圈)有500匝导线，绕制在长度为0.5米的线圈上，通过的电流为2安培。线圈内部的磁场强度是多少？
- 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
自我检测
如果螺线管的匝数从500变为1000匝，电流和长度不变，线圈内部的磁场会发生什么变化？
- 正确答案: 增大一倍，变为 16π × 10⁻⁴ T
- 减小一半，变为 4π × 10⁻⁴ T
- 保持不变，仍为 8π × 10⁻⁴ T
回答正确！B 与 N 成正比，所以匝数增大一倍，磁场也增大一倍:4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T。
对于一根没有绕成线圈的单根载流直导线，它周围的磁感线呈什么形状？
- 像线圈内部那样的均匀磁场
- 沿导线方向的直线
- 正确答案: 环绕导线的圆圈
完全正确——载流直导线周围会形成环绕导线的圆形磁感线，遵循右手定则。
在哪里能看到
废品场的吊车放下一卷导线，通上电流，就能吊起一辆汽车——切断电流，汽车就落下来。没有电流就没有磁性，想要多强的磁性都可以随叫随到：门铃、核磁共振扫描仪和废钢场吊车都是同一种装置——一个磁场由开关操控的螺线管。
常见误区
第一是磁场的形状：通电直导线周围的磁感线是一圈圈套在导线上的圆——不是直线，也不是匀强磁场；强大的匀强磁场只出现在线圈内部。第二是标度关系：B = μ₀ · N · I / L 随匝数和电流增大，所以在相同电流下匝数从 500 增加到 1000，线圈内部的磁场正好加倍。产生磁场的是电流——铁芯只是把磁场汇聚起来。
关联知识
这是电磁学模块从电转向磁的枢纽：库仑定律和电容讨论的是静止的电荷，而在这里，运动的电荷——电流——在自己周围搅起了一个磁场。下一课的洛伦兹力会把环路闭合：这些磁场会反推任何恰好经过的其他运动电荷。