2013年1月28日

科學玩具-電磁-安培右手定則演示器


簡報從以前最陽春的賽璐珞透明投影片、三原色投影機,演變到現在e化教室內的互動式電子白板。同樣的,指示工具也從徒手、直棍、指揮棒,演變到雷射筆。常看到電視節目主持人手拿著一根棒子,當作指標來提醒觀眾他現在講的重點在哪裡,需要用到的節目很多,只要有給觀眾看的資訊看板,就需要這類型的指示工具,有政論名嘴、命理節目主持人、股票老師,甚至娛樂新聞都用得上。
白色手套的小手造型,可將伸出的食指指在重點處,這是在整人玩具店買的
從它的吊卡上的簡介,似乎除了指示的功能之外,還可以拿來玩人體戳戳樂

所以,為了能在第一時間吸睛,讓觀眾的注意力集中到這邊來,便需要在單調的柱狀物上做一些變化。因此,花、絨毛和手的造型便如雨後春筍般出現,有拿在手上的,也有直接套在手上的。只是過於花俏的東西,常常也是令人分心之處。
這是比較便宜的食指指示版本,不過也是同樣好用
而且整支手以黃色為主,放在黑板上也有不錯的指示效果

這是「便便」造型,若是顏色與實物相近,相信會比較「有感覺」
市面上真的有賣,有興趣再自己去找

不過身為理化老師,兩手不能一直被限制著,一定要手腳能並用才行。如果手上還拿著一支東西(可能是麥克風或指揮棒),邊晃邊講板書,那就會有綁手綁腳的感覺。做實驗時,便成了獨臂刀王,怎麼演示都不順手。所以一定要想一想它的其他用途,一個物件不能只有一種功能而已。
這是倒X的商品嗎?不~它可以是讚美的手勢,也可以是詆毀人的符號
它的用途與用法,完全由人的心來決定

可是這個造型看起來很熟悉對不對?根本就是用於判定通有直流電導線周圍所產生磁場方向的安培右手定則復刻版嘛!對於通有電流的長直導線,拇指代表電流,四指代表磁場方向。既然是用右手握直導線,則掌心就是包覆著導線,不同位置的手指切線方向就是該處的磁場方向。
以拇指當作電流方向(I),其餘四隻手指作為磁場方向(B)
遇上圓形線圈時,也可以觀察四指的切線方向來判定,線圈內外的磁場方向
例如左圖可以看出電流為逆時針流動時,三角形線圈外圍的磁場是向下的
在線圈內的磁場方向呢?看右圖就知道

在導線周圍的感應磁場方向,每一處都不同。當導線中的電流是由南向北,在導線下方(掌心向上)四指的切線方向是由東向西,則位於該處的磁場方向同樣是由東向西。導線上方(掌心向下)四指的切線方向為由西向東,則位於該處的磁場方向就是由西向東,以此類推。
遇上矩形線圈時,也可以依樣畫葫蘆
左圖中線圈內電流為順時針流動時,線圈中的磁場是向下的
但是如果讓電流流向相反呢?線圈中的磁場也會跟著逆轉

若是遇上螺旋形線圈,這個定則同樣適用。不過和長直導線不同的是,要改以彎曲的四指表示導線上電流的方向,而大拇指的就是該處磁場的方向。

西元1819年,厄斯特正在課堂上教授電學時,偶然發現一條通有電流的導線,靠近一具可以自由轉動的磁針時,驚異地看到磁針竟然發生偏轉。如果使電流反向流動,磁針也跟著反向偏轉。這表示除了地磁之外,載流導線附近的周圍一定有磁場存在,才會影響磁針偏轉的方向。這也開啟了日後安培深入而詳細的電流磁效應研究,更找出電流與其所產生磁場間的數學關係。

這個安培右手定則演示器是聚合物發泡泡綿做的,造價非常便宜,不但對理化老師有用,對地球科學老師也有幫助。想一想,在地科教學現場中,哪一個單元會用到右手?當然是用在北半球的高低氣壓介紹,可以判斷氣流上升下降與旋入旋出。相信有更多有趣的想法隱藏在大家腦中,動一動手,趕快去挖掘出來吧!

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