This teaching material is suitable for students who study at high school in Taiwan …

1. Chapter 8 磁場
Magnetic field
8-1 磁場與磁力線
Magnetic field and Magnetic Line
1

2. 導讀
本章的地位：在介紹過
靜電及電流之後，本章
要介紹電與磁之間的關
係，這裡可以說和前面
有關電與磁的關係不大。
可是卻是許多同學覺得
困難的地方。
原因就在於公式很多並
且代數也很多。
8-1 磁場與磁力線
8-2 電流的磁效應
8-3 載流導線載磁場中
所受的力
8-4 載流線圈在磁場中
所受的力矩
8-5 帶電質點在磁場中
所受的力
2

3. 磁的基本概念
磁的現象發現很早，
並非所有東西都具有
磁性
拿一個磁鐵接近鐵釘，
鐵釘會因此被磁化而
具有磁性，這個現象
稱為 磁感應
也並非所有東西都能
夠被磁化
3Serway 第七版

4. 磁化的現象
內部分子本來是混亂排
列的，後來因為磁性物
質的靠近，使得分子排
列的整齊一些，使得整
體帶有了磁性
這個磁性會隨著磁性物
質的消失而回復原狀。
磁學和電學的討論相同，
都是超距力，作用力大
小也都隨距離增大而變
小，
4

5. 磁極
Magnetic poles
磁極：為磁鐵之磁性
最強處。
N極(指北極)：指向北
方的磁極
S極(指南極)：指向南
方的磁極
同性極相斥，而異性
極相吸。
5

6. 磁場 The Magnetic Field
磁場的觀念源自於法
拉第
定義：在磁鐵的周圍，
磁力作用所及的區域
單位磁極在真空中
所受的力
6

7. 虛擬的磁力線(Magnetic lines of force)
在磁鐵外部由N極射出，
指向S極；磁鐵內部由S
極射向N極
磁力線是一條封閉曲線
磁力線密度愈大，磁場
愈 強 磁力線的密集
程度代表磁場的 強弱
7

8. 磁場
The Magnetic Field
兩磁棒平行放置且同極相鄰時
兩磁棒平行放置且異極相鄰時
8

9. 虛擬的磁力線(Magnetic lines of force)
磁力現在磁鐵外部是
平滑的曲線 。
任兩磁力線間有排斥
的作用磁力線之間
不會相交。
愈近磁極處的磁力線
愈密集，磁場就愈強
磁力線 切線方向 就
是該點的 磁場方向
9

10. 磁場方向的表示法（重要）
磁場的方向向內垂直於
紙面，其記號類似於向
內射入紙面的箭尾形狀
磁場的方向向外垂直於
紙面，其記號類似於向
外射出紙面的箭頭形狀
10

11. 磁的庫侖定律
在1785年庫侖由實驗確
定，對應於萬有引力的
質量及電力的電量，磁
力也必須有一個基本量
稱為 磁極強度m （因
為磁是N、S及必須同時
存在的），
靜磁的庫侖定律如下：
上式中的K和電學中的k
不一樣，m也和質量m
意義不同，請不要混淆
了。
11
1 2
2
K m m
F
r
 


12. 磁與電的相異點
單一電荷與雙極磁場
正、負電荷可以單獨存在
磁鐵的N極和S極總是成對存在
科學家至今仍未找到單獨存在的N極或S極。
12

13. 磁與電的相異點
固有性質
磁性是磁鐵所具有的固有特性，
不像玻璃、琥珀等須經摩擦才帶有電性。
帶電、帶磁的能力
磁鐵僅能使部份物質(如鐵、鈷、鎳等元素或其合
金等)磁化，
但帶電體卻能使所有物質產生靜電感應。
13

14. 磁與電的相異點
屏蔽情形
磁鐵間的磁力不因一般物質阻隔而消失
但靜電力則可能被某些物質所阻隔。
14

15. 地球磁場
The Earth’s Magnetic Field
地球的磁軸(即磁棒的中
心線)方向和地球的極軸
(即地理南北極的連線)方
向之間的夾角約為11°。
磁棒的S極靠近地理北極，
而其N極靠近地理南極，
地球外部的磁力線方向
由地理的南方指向北方。
15

16. 地球磁場
The Earth’s Magnetic Field
地磁三要素：
地磁水平強度
磁偏角
磁傾角
若磁針可在水平面上自
由轉動，則當磁針靜止
時，其N極指示的方向
稱為地磁北方。
地磁北方和地理北方的
方向並不一致，兩者之
間的夾角θ稱為磁偏角，
其值隨地球表面上的位
置而異。
16

17. 地球磁場
The Earth’s Magnetic Field
若磁針可在鉛直面上自
由轉動，則磁針將靜止
在地球磁力線的方向上。
磁針和水平面之間的夾
角ψ稱為磁傾角。
地磁強度B在水平方向
的分量，稱為水平地磁
強度。
17
coshB B  

18. 18

19. 19
地磁會因為地球自轉而改變

20. 地球磁場
The Earth’s Magnetic Field
太陽表面的強烈
爆炸，送出大量
的帶電離子（稱
為電漿）射向太
空。這種電漿以
超音速的速度直
奔地球而來，稱
為太陽風。
20

21. 地球磁場
The Earth’s Magnetic Field
還好地球有強烈
的磁場。帶電離
子只能順著磁場
跑，而難以穿越
磁場，因此太陽
風無法直接打擊
地球，但已足以
把地球磁場予以
嚴重扭曲。
21

22. 地球磁場
The Earth’s Magnetic Field
極光，是太陽發出的高
速帶電粒子（太陽風）
被地球磁場捕獲，在極
區上空與大氣分子產生
交互作用，所產生的發
光現象；
在離地球南北極圈附近
約一百公里以上的高空，
釋放出相當於一百萬兆
瓦電力的光芒，編織出
一道道藍綠、紅或黃的
光河與光幕。
22

23. 地球磁場
The Earth’s Magnetic Field
極光的出現和太陽黑子活動有明顯的關聯，太陽黑
子的數量由多變少，週期約為十一年。
本圖為中興大學研究生林致君在加拿大白馬市
〈Whitehorse〉攝氏零下三十八度的環境下，使用
Sony數位相機拍攝，拍攝日期為2003年1月23日
正值太陽黑子活動極大期過後不久，仍可感受到高
潮迭起的極光秀。
23

24. Thank for your attention
24