這個計算器的功能
本工具可計算長直載流導線周圍所產生的磁場(B)。只要有電流通過導線,就會在導體四周形成環繞的圓形磁場。磁場的強弱取決於電流大小,以及量測點與導線之間的距離。這是古典電磁學中的基本結果(屬於物理定律,全球皆適用,並不限於特定國家或地區)。
需要輸入的數值
- 電流(A)──通過導線的電流,單位為安培。電流越大,磁場越強。
- 半徑(m)──從導線中心到待測點的垂直距離,單位為公尺。距離越遠,磁場越弱。
公式說明
本計算器採用安培定律,適用於無限長的直導線:
$$B = \frac{\mu_0 \cdot I}{2\pi \cdot r} = \frac{2 \times 10^{-7} \cdot I}{r}$$
其中 \(\mu_0\) 為真空磁導率,等於 \(4\pi \times 10^{-7}\ \text{T}\cdot\text{m/A}\)。將此常數代入後,公式可簡化為 \(2 \times 10^{-7}\) 乘以電流再除以半徑。算出的 \(B\) 以特斯拉(T)為單位。由公式可看出,磁場與電流成正比、與距離成反比──電流加倍,\(B\) 也加倍;距離加倍,\(B\) 則減半。
實例演算
假設某導線通過 10 A 的電流,欲求距離 0.05 m(5 公分)處的磁場。
- $$B = \frac{4\pi \times 10^{-7} \times 10}{2\pi \times 0.05}$$
- $$B = \frac{2 \times 10^{-7} \times 10}{0.05}$$
- $$B = \frac{2 \times 10^{-6}}{0.05} = 4 \times 10^{-5}\ \text{T}$$
因此磁場約為 0.00004 特斯拉,也就是 40 微特斯拉──大致與地球本身的天然磁場屬於同一數量級。
常見問題
為什麼磁場是隨距離遞減,而不是隨距離平方遞減?對於長直導線而言,\(B\) 與 \(1/r\) 成正比(與距離成反比的線性關係);這和點電荷或磁偶極不同,後者分別遵循平方反比或立方反比定律。
應該使用什麼單位?電流請以安培輸入,半徑以公尺輸入,計算結果即為特斯拉。若要換算成微特斯拉,請乘以 1,000,000;若要換算成高斯(gauss),請乘以 10,000。
這個公式適用於短導線或線圈嗎?不適用。本公式假設導線為實質上無限長的直導線。線圈、迴路與螺線管因幾何形狀不同,需使用其他對應的公式來計算。