螺線管中的磁場
　
  1. 目的

    2. 利用電流天平測定螺線管中的磁場大小，並確定其磁場僅與螺線管的電流有關。

    　

  2. 儀器

    3. 直流電源二(含安培計)，電流天平，螺線管，方格紙，連接線。

    　

  3. 原理
當螺線管上通電流時，內部會建立一個磁場，若其螺線管之口徑較其長度小很多時，則內部可視為一均勻磁場，載流導線在磁場中會受到磁力作用。其磁力，磁場，電流與導線上之電荷位移向量相互間之關係為:
　

以大小來表示，將向量符號去除，則可改寫為
                                                                                                               (1)
 

 
圖一
 式中q為磁場B與l間之夾角。如已知磁場之大小、載流導線之電流i1大小、導線之長度L及電流流向與磁場間之夾角，即可由式求得磁力Fm之值。反之，若知磁力之大小及其他，亦可求磁場之大小。　
　
　
　
圖二

電流天平為一長方形之塑膠板(如圖一)，中央有兩支柱(有附上微調螺絲)。如將天平自支柱處架起，使天平左右平衡(置放紙砝碼或調整螺絲)，天平之一側U型印刷電路與支柱相連(另一側亦有U型印刷電路但不與支柱相連)，將此側置於螺線管中(參看圖二)，將螺線管與電流天平通電，使U型電路中之側邊bc段(其長度為l)因受到一向下之磁力作用而使天平傾斜(若磁力之方向向上，可顛倒任一電流之方向即可改正)，此時在外側之天平對稱的位置A點上放置紙砝碼，可使天平恢復平衡，因此可知所加紙砝碼之重量即天平所受之磁力，即

                                                                                                                       (2)

m為砝碼之質量。若使q=900，由式(1)、(2)即可求得螺線管中之磁場為

                                                                                                                        (3)

式(3)中之B為螺線管線圈所產生之磁場，i1為電流天平上之電流，由公式中，我們要了解i1與B是相互獨立的，即螺線管中之磁場是由螺線管本身之電流產生的，而與電流天平上之電流無關。

螺線管上之電流產生在螺線管內之磁場，可視為一均勻磁場，其大小為
                                                                                                     (4)

韋伯/(安培米)為一常數，n是螺線管上單位長度所繞線圈匝數。

　

四、步驟

1.(製作紙砝碼)取一張完整之方格紙，先剪去邊緣空白處，以電子秤稱其質量，計算每一小格之質量，記錄之。

圖三
　
2.如圖三所示，連接線路並調整電流天平中央之平衡螺絲，使其左右平衡後在水平校正板上作一記號，再將電流天平如圖所示插入螺線管中，注意插入之一端是否有連接至中央支柱，打開電源，並測量電流天平bc段距離，記錄之。

<固定螺線管電流i2>
3.固定螺線管中之電流為4安培(電流愈大，磁場愈均勻)，再任意調整電流天平之電流，觀察在螺線管中之一端是否會向下傾斜(如果是向上傾斜則需調換電流方向)，注意天平是否會被螺線管內部卡住。
4.再將電流天平之電流i1先調為0，於天平外側A點上放置5~25小格之紙砝碼(每格為1mm1mm)，再調整i1使電流天平恢復至平衡狀態，紀錄i1、i2及紙砝碼質量m，並求出作用力F=mg。若有可能則請細心數螺線管上之繞線匝數N，及繞線層數M，量度螺線管之長度L，由公式，求出各i2值時之磁場B，此即為磁場B之理論值。
5.改變紙砝碼質量，重做步驟3.~4.兩次。

<固定電流天平電流i1>
6.固定電流天平之電流為4安培，再任意調整螺線管中之電流，觀察在螺線管中之一端是否會向下傾斜，注意天平是否會被螺線管內部卡住。
7.再將螺線管中之電流i2先調為0，於天平外側A點上放置5~25小格之紙砝碼，再調整i2使電流天平恢復至平衡狀態，紀錄i1、i2及紙砝碼質量m，並求出作用力F=mg，以及磁場B之理論值。
8.改變紙砝碼質量，重做步驟3.~4.兩次。