通電導線磁力計算機

計算均勻磁場中通電直導線受到的勞侖茲力。

通電導線受力
輸入電流、有效導線長度、磁場強度及其夾角。

關於通電導線所受磁力

通電導體置於磁場中時會受到力的作用。在微觀層次,移動的載子受到勞侖茲力,這些力透過導體傳遞並合成,得到巨觀關係F = BIL sin(θ)。其中B是磁通密度,I是電流,L是磁場內的導線長度,θ是傳統電流方向與磁場的夾角。採用國際單位制時,結果單位為牛頓。 只有垂直於電流的磁場分量有貢獻,即B sin(θ),計算機會將它與磁力一併顯示。導線與磁場成90度時受力最大;成0或180度,也就是平行或反平行時,向量積為零,因此磁力為零。正弦值相同的夾角產生相同的力大小,但向量方向仍取決於實際朝向。 可使用弗萊明左手定則或向量積L × B判斷力的方向。讓電流長度向量沿傳統電流方向,再搭配磁場方向,力便垂直於兩者。單獨反轉電流或磁場會使力反向,同時反轉兩者則不改變力的方向。本計算機只回報大小,不提供三維向量,因此方向須依實際配置判斷。 公式假設導線段筆直、磁場均勻、電流穩定,且導線夠細,截面上的磁場可視為相同。若磁場強度沿導體改變,須沿路徑積分I dL × B求得向量力。彎曲導線也可能需要逐段進行向量相加。有效長度僅包含實際位於磁場內的部分,不一定等於導體全長。請依標示使用安培、公尺、特斯拉及度。此關係可用於馬達受力估算、電磁致動器分析、揚聲器範例、實驗示範與基礎物理題。實際設備可能還需要熱、機械、邊緣磁場與支撐力分析。結果提供可靠的理想值,並呈現垂直磁場分量,讓您直接了解朝向如何使磁力低於最大值BIL。

導線受力範例

以下範例皆採用均勻磁場中的直導線。

輸入結果說明
I = 5 A, L = 2 m, B = 0.3 T, θ = 90°F = 3 N, B⊥ = 0.3 T垂直配置可產生最大磁力。
I = 4 A, L = 0.5 m, B = 0.2 T, θ = 30°F = 0.2 N, B⊥ = 0.1 T垂直分量僅為磁場強度的一半。
I = 10 A, L = 0.25 m, B = 0.8 T, θ = 0°F = 0 N, B⊥ = 0 T電流與磁場平行時不產生磁力。

如何計算磁力

  1. 輸入傳統電流的大小,單位為安培。
  2. 僅輸入位於磁場內的導線長度。
  3. 提供以特斯拉為單位的磁通密度,以及電流與磁場的夾角。
  4. 選取「計算導線磁力」,查看磁力與垂直磁場分量。

常見問題

為什麼公式包含正弦?

磁力來自向量外積,因此只有垂直於電流的磁場分量有貢獻。正弦可將完整磁場大小換算成垂直分量。

導線受力何時最大?

電流與磁場成90度、彼此垂直時受力最大。此時sin(θ)等於一,大小簡化為BIL。

如何判斷力的方向?

使用弗萊明左手定則或L × B的向量方向。反轉電流或磁場會使力反向;此計算機只回報大小。

應輸入哪一段導線長度?

輸入實際暴露於指定磁場中的直導體長度。不包含磁場區域外的導線,因為它在此模型中不貢獻磁力。

適用於非均勻磁場嗎?

顯示的公式假設整段有效導線處於同一均勻磁場。若磁場改變或導線彎曲,應沿導體積分向量力。