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【科學講堂】學習電磁力 首先識安培

2017-02-15
■古時,電鰻引起人們對電的研究興趣。 網上圖片■古時,電鰻引起人們對電的研究興趣。 網上圖片

電鰻引人探索 20世紀確立定義

早於公元前2750年,埃及人已經意識到電鰻可電擊其他動物,並把牠們稱為「尼羅河雷公」(Thunderer of the Nile),並將牠們描述為魚的保護者。

在其後的千年,電鰻在古希臘、羅馬及阿拉伯相繼被發現及報道,亦有報道指出被鯰魚或電鰩目電擊後會產生麻痹感,故此當時的人推測電擊可以沿蚞伄q體前進。

過了差不多四千年,人類才開始對電磁學有認真的研究,電為電荷(electric charge)靜止或流動所產生的物理現象。

到了19世紀末,電已經為重要的能源之一,我們日常生活非常倚靠電力。

法科學家命名 電線吸斥力定義

國際單位制SI共有7個基本單位,在過去十數期的科學講堂,我們已經討論了當中5個,今期討論第六個-安培(ampere)。

安培為電流的單位,符號為A,它是以法國數學家及物理學家Andrm-Marie Ampore命名,Ampore被視為經典電磁學之父。

安培力定律(Ampore's force law)指出兩條平行且帶電流的電線之間,有吸引力或排斥力。1946年,這吸引力或排斥力用以定義安培。

安培是指兩條相距一米的平行電線於真空之間的吸引力,若為每米2×10-7牛頓(N,力的SI單位),所需的電流就是一安培。

基本電荷為物理常數

在了解安培今天的定義之前,我們先談基本電荷。基本電荷(elementary charge)為一粒質子(proton)所帶的電荷,又或一粒電子(electron)所帶的負電荷的量,一般以e或q表示。為免誤會,e有時稱為基本正電荷(elementary positive charge)。

基本電荷為物理常數,即一粒質子或一粒電子所帶的電荷不會改變。

1948年表示電荷流速

一庫倫(coulomb)約為基本電荷的6.242×1018倍,即有6.242×1018粒質子所帶的電荷。直到1948年,一安培就是指每秒鐘有一庫侖的電荷流過,所以安培用以表示電荷的流速。簡單而言,於一電流的某點中,如果流過的帶電粒子電荷增加,那該點的電流亦會按比例增加。

小 結

學習物理,必需要了解到宇宙中4個最基本的作用力(fundamental interactions),它們分別為電磁力(electromagnetic)、重力(萬有引力,gravitational)、強作用力(strong nuclear)及弱作用力(weak nuclear)。

今期我們探討了電磁力中的基礎,即第六個國際單位制SI的電流單位安培。第七個國際單位為摩爾(mole),就如中學化學課本所說,一摩爾有6.02×1023粒子,爭議不比其餘六個單位大,在此不述,今期也就結束了國際單位制的討論。 ■吳俊熙博士

作者簡介:畢業於加州大學洛杉磯分校(UCLA),曾任教於加州的州立大學及香港大學,現於洛杉磯Pierce College化學系任助理教授。讀者可通過www.facebook.com/drbennyng聯繫作者。

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