奥斯特实验:电流让磁针偏转
一根导线、一节电池、一个指南针。通电的一瞬间,磁针动了——电和磁原来是一回事。
| 需要 | 一节 AA 电池、约 1 米导线、指南针、一个 3Ω 5W 电阻(限流用)、开关(可选) |
| 时间 | 30 分钟 |
| 花费 | ¥10 |
| 难度 | ★☆☆ |
| 验收 | 通电后磁针偏转 ≥10°,断电回正;电流反向,偏转也反向(绕 2–3 圈更明显) |
为什么值得做
1820 年,奥斯特在一次讲课时,意外发现通电导线旁边的磁针动了。人类第一次把"电"和"磁"连在了一起——电动机、发电机、变压器,全部从这里开始。
你花十分钟就能亲手让一根磁针听你的话。
怎么做
- 指南针平放桌上,等磁针稳定(针大致指向南北)。
- 把导线沿南北方向拉直,架在指南针正上方约 1 厘米处。
- 电路:电池 → 3Ω 电阻 → 导线 → 电池。串上电阻是为了限流,别把导线直接短路到电池上(会烫手)。
- 接通电路 2 秒,看磁针偏转多少度;断开,看它是否回正。
- 把电池正负极反过来,再通一次——磁针往另一个方向偏。
- 把导线在指南针上方绕 2–3 圈(线圈更明显),重复。
为什么磁针会动
通电直导线周围有环形磁场,大小(近似):
B = μ₀·I / (2πr)
I = 0.5 A、r = 0.01 m 时,B ≈ 1×10⁻⁵ T ≈ 0.1 Gauss,和地球水平磁场(约 0.3 Gauss)同一个量级——所以磁针会被"扳"出一个明显的角度。绕 2 圈、电流加大,偏转会更大。
AI 可以怎么帮你
- 先算该用多大电阻:
一节 AA 电池 1.5V,我想让电流在 0.5A 左右、导线别发烫,串多大电阻?功率要几瓦? - 解释方向:
我把通电导线放指南针上方,磁针往东偏。用右手定则说明磁场方向,并画一个俯视图。 - 做定量版:
我测了不同电流下磁针的偏转角:0.2A→10°、0.4A→20°…… 请画 I–角度 图,并估算比例关系(小角度近似下角度∝I?)。 - 抓错:
磁针完全不动,可能是什么原因?按可能性排,逐条给检查方法。
坑
- 直接短路电池:导线电阻接近 0,电流很大,几秒就烫。必须串限流电阻。
- 磁针会被附近的铁器、手机、耳机磁铁干扰,先清场。
- 通电太久磁针会被磁化偏掉,每次只通 2 秒。
- 导线要离指南针近(≤1cm),远了磁场衰减很快。
想再往前一步
- 换线圈(绕 10 圈、50 圈),验证偏转随圈数增大。
- 把"电生磁"反过来——正是奥斯特实验之后法拉第做的事(见本仓库法拉第电磁感应)。
- 用手机指南针传感器 + 通电线圈,做一张磁场随距离的衰减曲线。
安全
一节 AA 电池 + 限流电阻,安全。别把电池直接短路,别用锂电池(内阻太低,短路电流大)。
做完把结果贴到 RESULTS.md。