五、確定安培定則的方法
安培定則給出了螺線管的極性(或者說是螺線管內部的磁感線方向)與螺線管中的電流方向兩者之間的關系。
通過實驗研究,如何判斷通電螺線管的極性:在不同繞向的螺線管中,接入不同方向的電流,利用小磁針可以判斷出它們的極性分別如圖2
進行求同和求異的比較:求同法:比較通電螺線管外部磁場的極性是相同的兩種情況(如圖①③或圖②④),如果兩種情況中,其他的條件(線圈的繞向或電流的方向)有相同的,那么這個相同的條件就是決定通電螺線管外部磁場極性的條件。
據此,我們比較圖①③或圖②④可得:電流的方向相同是極性相同的原因。
求異法:比較通電螺線管外部磁場的極性不相同的兩種情況(如圖①②或圖③④),如果兩種情況中,其他的條件(線圈的繞向或電流的方向)有一個是不相同的,那么這個不相同的條件就是決定通電螺線管外部磁場極性的條件。
據此,我們比較圖①②或圖③④可得:電流的方向不相同是極性不相同的原因。
我們比較圖①④或圖②③,有兩個不相同的條件,所以,難以確定螺線管的極性是由哪個因素引起的。
綜上所述,通過以上6種涵蓋了通電螺線管外部磁場的所有情況的比較可知:通電螺線管外部的磁場,只與電流的方向有關,也就是說知道了電流的方向就可以判斷通電螺線管外部磁場的極性。
我們能否找一種形象化的方向,用來說明通電螺線管的極性與電流的關系呢?科學家想到用右手握住螺線管,彎曲的四指指向電流方向,那么大拇指就指向n極。這就是有名的安培定則。
六、簡單的自動控制方法
教材中介紹的利用電磁鐵制成的電磁繼電器,是在自動控制中經常用到的一種電器。可用于以直流電路控制交流電路,或者以低壓電路控制高壓電路。關鍵是以低壓電路中電磁繼電器的合金觸點(動觸點)控制高壓工作電路中的開關(靜觸點)。在電磁繼電器控制的電路中接入對溫度或光照等敏感的元件,用這些元件操縱控制電路的通斷,還可以實現溫度自動控制或光自動控制。
如圖3所示為某校科技活動小組制作的恒溫箱的電路示意圖,電熱絲是恒溫箱的加熱元件,圖中的水銀溫度計為導電溫度計,上面的金屬絲a的高度可以調整,下面的金屬絲b與溫度計中的水銀接觸,該溫度計的水銀液泡被放置到恒溫箱內,我們根據此電路圖說明恒溫箱工作的 原理 。
分析:通電后當恒溫箱內的溫度未達到導電溫度計金屬絲所指示的溫度時,電熱絲被連接在電路中,使恒溫箱溫度升高,當導電溫度計中的水銀柱上升到金屬絲指示的溫度時,繼電器線圈被接通,銜鐵被吸下,電熱絲斷電停止加熱,溫度降低后線圈電路斷開,銜鐵被釋放,電熱絲再次被接入電路,從而保持恒溫箱內溫度恒定。
說明:電磁鐵的應用之一,是以它為主要部件制作電磁繼電器,作為自動開關,控制工作電路。
從物理學本質上講,電磁繼電器是借助于電磁鐵通電有磁性、斷電沒有磁性完成上述自動控制工作的。