專技高考-醫事放射師放射線器材學(包括磁振學與超音波學)106 年第 45 題單選題
下列關於電阻式電磁鐵(resistive electromagnets)的敘述,何者錯誤?
A電阻式電磁鐵能產生磁場是因為在線圈上有電子流動
B電阻式電磁鐵線圈上的電流增加,所產生的磁場也會增加
C電阻式電磁鐵所產生的磁場和電流同方向正確答案
D線圈上的電阻使電磁鐵無法產生很高的磁場
C正確答案
電阻式電磁鐵的磁場方向由右手定則決定,並非與電流「同方向」;對螺線管而言,磁場沿線圈軸心方向,與環繞流動的電流方向不同。
為什麼答案是 C
錯誤敘述(本題答案)。依右手定則,螺線管線圈的電流沿著線圈「環繞流動」,而所產生的磁場方向則沿線圈「軸心方向」,兩者方向不一致,並非同方向。對單一直導線而言,磁場以同心圓圍繞電流,磁場與電流方向亦垂直。簡言之,磁場方向由右手定則決定,絕非與電流同向。
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完整詳解
Pro · 無限重點 電阻式電磁鐵的磁場方向由右手定則決定,並非與電流「同方向」;對螺線管而言,磁場沿線圈軸心方向,與環繞流動的電流方向不同。
右手定則:四指順著線圈電流環繞方向彎曲,拇指所指即為磁場(軸向)方向。電流是「環繞」的、磁場是「軸向」的,兩者方向不同,故 C 錯誤。
逐選項分析
A✕
正確敘述。電磁鐵產生磁場的根本來源就是線圈中電子(電流)的流動,無電流即無磁場,這是電磁學基本原理。
B✕
正確敘述。依安培定律,磁場強度 B 與電流 I 成正比,電流越大磁場越強,這也是 MRI 提高主磁場強度時必須加大電流的原因。
C✓ 正確
錯誤敘述(本題答案)。依右手定則,螺線管線圈的電流沿著線圈「環繞流動」,而所產生的磁場方向則沿線圈「軸心方向」,兩者方向不一致,並非同方向。對單一直導線而言,磁場以同心圓圍繞電流,磁場與電流方向亦垂直。簡言之,磁場方向由右手定則決定,絕非與電流同向。
D✕
正確敘述。電阻式電磁鐵因線圈具有電阻,通入大電流時會產生大量焦耳熱,限制了電流上限,故磁場強度通常僅能達 0.3T 以下。這也是為何高場強 MRI 改用超導磁鐵(無電阻、無發熱)以達到 1.5T、3T 甚至更高。
MRI 三種主磁鐵比較
| 類型 | 磁場強度 | 優點 | 缺點 |
|---|
| 永久磁鐵 | ≤ 0.3T | 免電免冷卻 | 笨重、磁場低 |
| 電阻式 | ≤ 0.3T | 可開關、結構簡單 | 耗電大、發熱、磁場低 |
| 超導式 | 0.5–3T 以上 | 磁場高且穩定 | 需液氦冷卻、昂貴 |
考生容易誤以為「磁場方向=電流方向」。事實上磁場是由電流所「感應」產生:電流在線圈中環繞流動,磁場則沿線圈軸心方向延伸,兩者方向不同。記住右手定則:四指順電流環繞方向、拇指指向即磁場方向,這是判斷電磁鐵磁場方向的關鍵工具。