在废旧钢铁回收场经常可以看到一个“怪物”，如图7-10所示，它身上既没有钩子也没有抓手，但只要将它往废旧钢铁堆上一放，就会有成吨的废钢铁被吸上去。运送到目的地后，废钢铁又会自动掉下来，这是什么东西？它的内部结构是怎样的？

一、电流的磁效应

人类虽然很早以前就认识了电现象和磁现象，但在很长一段时间里，人们却把它们看成两种彼此独立的自然现象。直到奥斯特发现了电流的磁效应之后，人们才认识到电和磁之间的内在联系。

在1820年4月的一天晚上，丹麦物理学家奥斯特在讲课时，“偶然”发现在一根导线下方与导线平行放置的小磁针，在导线通电时发生了偏转，如图7-11所示。这说明电流的周围空间出现了磁场，奥斯特意识到使磁针偏转的磁场是导线中电流产生的，他又反复做了大量的实验，证实了电与磁之间存在着一定的关系，这种电流能产生磁场的现象叫做电流的磁效应。

图7-10 电磁起重机

图7-11 奥斯特实验

一、右手螺旋定则

法国科学家安培对电流的磁效应进行了深入细致的研究，总结出了判断电流产生的磁场方向的方法，叫做右手螺旋定则，也称为安培定则。安培定则可以判断直线电流、环形电流和通电螺线管的磁场方向，具体方法如下：

（1）直线电流的磁场

直线电流磁场的磁感线都是环绕通电直导线的闭合曲线，磁感线在与导线垂直的平面内，是一系列以导线上的各点为圆心的同心圆，如图7-12（a）所示。磁感线的方向跟电流方向的关系可以用右手螺旋定则判定：用右手握住直导线，使与四指垂直的大拇指指向电流的方向，弯曲的四指所指的方向就是磁感线的绕行方向。如图7-12（b）所示。

图7-12 直线电流的磁场

（2）环形电流的磁场

环形电流磁场的磁感线是一些围绕环形导线的闭合曲线，在环形导线的中心轴线上，磁感线和环形导线的平面垂直，如图7-13（a）所示。环形电流的磁感线方向跟电流方向之间的关系，用安培定则判定：使右手弯曲的四指和环形电流的方向一致，则与四指垂直的大拇指所指的方向就是环形导线中心轴线上磁感线的方向。如图7-13（b）所示。

图7-13 环形电流的磁场

（3）通电螺线管的磁场

通电螺线管的磁场与条形磁铁周围的磁场很相似，螺线管的一端相当于条形磁铁的N极，另一端相当于条形磁铁的S极。螺线管外部的磁感线是从N极出来进入S极；螺线管内部的磁感线与螺线管中心轴线平行，方向是由S极指向N极，并和外部的磁感线相接形成的闭合曲线，如图7-14（a）所示。长直通电螺线管内部的磁场可以近似视为匀强磁场。通电螺线管的N极也可以用安培定则判定：让右手弯曲的四指握向电流方向，则与四指垂直的大拇指所指的一端就是通电螺线管的N极。如图7-14（b）所示。

图7-14 通电螺线管的磁场

可以肯定的是电流磁场的强弱主要是与电流的大小有关，并且更容易调解和控制。因此在实际的生产技术中普遍应用电流产生磁场。如，电磁起重机、电话、发电机、电动机以及在自动控制中得到普遍应用的电磁继电器等，都离不开电流的磁场。

五、物质磁性的电本质

通电螺线管外部的磁感线和条形磁铁外部的磁感线如此相似，这是为什么？磁铁的磁场和电流的磁场是否有相同的起源呢？

安培提出了分子电流的假说。他认为构成磁性物质的原子、分子内部，存在着一种环形电流，叫做分子电流（如图7-15所示）。分子电流使每个微粒都成为一个微小的磁体，它的两侧相当于两个磁极，磁体的磁性就是由环形的分子电流产生的。在未磁化的物体中，分子电流的取向非常紊乱，如图7-16（a）所示，它们的磁场相互抵消，对外不显磁性；物质被磁化后，各分子电流的取向大致相同，如图7-16（b）所示，于是物质对外显磁性，在空间产生磁场。近代物理表明，物质内部确实存在着分子电流，它是由原子内部电子运动形成的。可见，磁铁的磁场和电流的磁场一样，也源于电荷的运动，因此，一切磁现象都来源于电荷的运动，这就是物质磁性的电本质。

图7-15 分子电流的磁极

图7-16 物质磁性的电本质

【实践活动1】

制作电磁起重机(www.daowen.com)

用一节1号电池、数米长的导线、一根木棍或竹竿、铁钉或铁棒、开关等材料，制作一个能吊起铁质物体的电磁起重机，研究起重机的起重效果与那些因素有关系。与同学比较，看谁的起重机起吊重量大、搬送距离远、搬运速度快。

【实践活动2】

电流的磁场中磁感线的模拟实验

有条件的同学，找一些线径较粗的铜导线、三张硬纸板、两三节电池、开关和小磁针。分别把导线和硬纸板做成如图7-17（a）（b）（c）的形状，并与电池和开关连成电路，分别在硬纸板上撒一些铁粉，闭合开关后轻轻敲击硬纸版，铁粉会发生移动，最后静止时，观察铁粉排列成的规则曲线形状。用右手螺旋定则判断出磁感线的方向。然后，把小磁针放在纸板上，观察小磁针N极的指向是否与你所判断出的磁感线方向一致。

图7-17 电流的磁场中磁感线的模拟实验

阅读材料

安　培

安培（1775—1836），法国最伟大物理学家之一，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和化学也有贡献。

安培1775年1月22日生于里昂一个富商家庭，1836年6月10日卒于马赛。1802年他在布尔让-布雷斯中央学校任物理学和化学教授；1808年被任命为法国帝国大学总学监，此后一直担任此职；1814年被选为帝国学院数学部成员；1819年主持巴黎大学哲学讲座；1824年担任法兰西学院实验物理学教授。

安培最主要的成就是1820—1827年对电磁作用的研究。1820年7月，奥斯特发表了关于电流磁效应的论文后，安培报告了他的实验结果：通电的线圈与磁铁相似；9月25日，他报告了两根载流导线存在相互影响，相同方向的平行电流彼此相吸，相反方向的平行电流彼此相斥；对两个线圈之间的吸引和排斥也作了讨论。通过一系列经典的和简单的实验，他认识到磁是由运动的电荷产生的。他用这一观点来说明地磁的成因和物质的磁性。他提出分子电流假说：电流从分子的一端流出，通过分子周围空间由另一端注入；非磁化的分子的电流呈均匀对称分布，对外不显示磁性；当受外界磁体或电流影响时，对称性受到破坏，显示出宏观磁性，这时分子就被磁化了。在科学高度发展的今天，安培的分子电流假说有了实在的内容，已成为认识物质磁性的重要依据。为了进一步说明电流之间的相互作用，1821—1825年，安培做了关于电流相互作用的四个精巧的实验，并根据这四个实验导出两个电流元之间的相互作用力公式。1827年，安培将他的电磁现象的研究综合在《电动力学现象的数学理论》一书中，这是电磁学史上一部重要的经典论著，对以后电磁学的发展起了深远的影响。为了纪念安培在电磁学上的杰出贡献，电流的国际单位制单位安培即以他的姓氏命名。

安培（André Marie Ampè，1775—1836）

习题7-2

1.关于磁感线下面说法正确的是（ ）。

A.磁感线是磁场中实际存在的线

B.磁感线是没有起点和终点的闭合曲线

C.由于磁场弱处磁感线疏，因此两条磁感线中间没有磁感线的地方没有磁场

D.磁场中的磁感线有时会相交

2.如题图7-2所示，小磁针位于环形电流的中心。当小磁针的N极指向如题图7-2所示时，判断环形电流的方向。

3.如题图7-3所示，通电螺线管旁的小磁针静止时，N极指向螺线管的右端。试确定电源的正极在左端还是在右端？

题图7-2 环形电流方向的判断

题图7-3 电源极性的判断

4.试确定题图7-4所示图中通电螺线管内、外各个小磁针的极性，请在图上标出各个小磁针的N、S极。

题图7-4 小磁针极性的判断

5.请根据题图7-5所示的磁感线的方向，确定各图中导线内的电流方向。

题图7-5 判断导线中电流的方向