
【化】 current balance
electric current; electrical current; electricity
【计】 I
【化】 current; electric current; electric current (strength)
【医】 current; electric current; rheo-
balance; scale
【化】 balance
【医】 balance; Ib.; L.; scale
电流天平(Current Balance)是一种基于电磁学原理设计的精密测量仪器,主要用于测定电流强度或验证安培力定律。其英文对应表述为“Ampere Balance”或“Current Balance”,名称源于其通过平衡电磁力与机械力的工作机制。
原理与结构
该装置的核心原理是安培力公式:
$$
F = B cdot I cdot L
$$
其中,$F$为导线在磁场中受到的力,$B$为磁感应强度,$I$为电流,$L$为导线有效长度。电流天平通过调节已知砝码的重力与电磁力达到平衡状态,从而计算电流值。
历史与应用
电流天平最早由英国物理学家威廉·汤姆森(开尔文勋爵)改进设计,被国际计量局(BIPM)列为早期电学基准仪器之一(来源:《计量学发展史》)。现代虽已被量子化标准取代,但其在电磁学实验教学中仍具重要地位,例如清华大学基础物理实验中心将其用于安培力定量研究(来源:清华大学物理系实验课程大纲)。
权威定义参考
电流天平是一种利用电磁力平衡原理进行测量的仪器,主要应用于质量称量和磁场强度分析。以下是其详细解释:
电流天平通过电磁力与物体重力或磁场力的平衡来实现测量。其核心原理是安培力(F = LI×B)或洛伦兹力作用下的力学平衡,常用于实验室中的精确测量。
质量测量场景
当用于称重时,称盘与通电线圈相连并置于磁场中。物体重力使线圈产生反向电磁力,通过调节电流使系统平衡。电流强度与重力成正比,最终转换为质量读数。
公式表达:
$$
mg = nBIL
$$
其中,m为物体质量,g为重力加速度,B为磁感应强度,I为电流,L为线圈有效长度,n为线圈匝数。
磁场测量场景
在测量匀强磁场时,通过改变线圈电流方向,比较两次平衡所需砝码质量差Δm,计算磁感应强度B。
公式推导:
$$
B = frac{Δm cdot g}{2nIL}
$$
示例:当线圈电流I=0.10 A、匝数n=9、长度L=10.0 cm时,通过添加Δm=8.78 g的砝码,可算出磁感应强度B≈0.48 T。
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