一天當中 我們會使用多少種卡片或磁扣感應呢？ 比如說在便利商店使用「悠遊卡」支付 社區大樓使用「門禁感應卡」等等 這些感應設備為我們帶來許多的便利性 如果我們把悠遊卡或磁釦打開 就會發現裡面有個線圈結構 這樣的結構會讓你聯想到什麼呢？ 給個提示 和電磁學有關哦 沒錯 就是我們今天要談論的主題 電磁感應現象 西元1820年 在一次偶然的機會中 厄斯特發現載有電流的導線附近會有磁場產生 接著厄斯特設計一連串的實驗來統整他的發現 這種因為電流而產生磁場的現象 也就是我們所謂的電流磁效應 而這裡說的電流磁效應 和電磁感應是不一樣的喲 就在西元1821年 法拉第讀到厄斯特關於電能生磁的論文後 難掩心中的激動 在自己的日記中寫下「磁一定也能生電」 在往後的十年之間 法拉第做了許多和此相關的實驗 起初 他簡單地認為強大的磁場就可以造成電流 於是他拿磁鐵觸碰導線 或將導線纏繞在磁鐵上 卻都沒有產生電流 但家境貧困的法拉第具有不一般的韌性 終於在嘗試了十年後 1831年的某一天法拉第取得突破性的發展 他在一個圓形金屬環上 纏繞兩段互不相連結的線圈 其中一段與電源連接 另外一段下方放置小磁針 當連接電源的那一段線圈未通電時 小磁針維持不動 但就在接通電源的瞬間 他發現小磁針擺動了一下 又回到原來的位置 他發現小磁針的偏轉只有短暫的瞬間 所以他起初以為是自己眼花了 而在關掉電源的時候 小磁針又偏轉了短暫的瞬間 不過方向和剛才相反 也就是說 只有在接通與斷路的瞬間出現短暫的偏轉 而非持續性的偏轉 法拉第對這個現象窮追不捨 因為他清楚地知道 小磁針的擺動 就是因為另一個沒有接電源的線圈 產生了電流所造成的 經過他長時間的反覆驗證與思考 他終於發現其中的關鍵點 也就是要發生「變化」 激動不已的法拉第看見了成功的曙光 更進一步設計了許多不同材料或情境 來驗證他的想法 只要封閉迴路中發生磁場的「變化」 迴路上就會有感應電流的產生 你是否也發現其中的關鍵了呢？ 我們再來簡單地將法拉第那十年的努力做個統整 讓一個封閉的迴路通有一個固定的磁場 無論磁場的強弱或距離的遠近 只要沒有發生變化 那該迴路將不會有感應電流 接著法拉第在一次偶然的操作中發現 打開電源或關閉電源的瞬間 在沒有接電源的封閉迴路上有感應電流出現 由此 法拉第給出了一個重要的結論 封閉迴路中發生磁場的「變化」 迴路上就會有感應電流的產生 封閉迴路中發生磁場變化 可以簡單分成以下三種情境 現在就來帶大家看看 第一個是封閉迴路與磁鐵間發生相對運動 因為磁極的磁場較強 當磁極靠近或遠離封閉迴路的時候 就會造成封閉迴路內的磁場發生變化 並且需要注意 在進行相對運動時 磁鐵的磁極方向對感應電流方向也會產生影響 這種封閉迴路與磁鐵間的相對運動 會產生電磁感應 使封閉迴路上出現感應電流 若兩者間無相對運動 則不會有感應電流 第二個是封閉線圈內發生磁力線數目變化 就如法拉第的實驗一樣 以畫面上的方式擺放兩個線圈 其中一個接有電源 並設有電源開關 另一個則是無加電源的封閉迴路 僅接一個檢流計檢驗是否有電流 當電源接通的瞬間 就會因為電流磁效應 突然產生磁場 使得無電源的封閉迴路內通過的磁力線數目 因電源接通增加 也就是磁場強度變強 檢流計的指針就會短暫地晃動一下 而我們可以注意到 電源持續接通時 無電源的封閉迴路上又沒有感應電流了 而同樣的道理 如果突然將電源切斷 那麼經過封閉迴路內的磁力線數目 會因電源斷開而減少 也就發生磁場減弱 這就是因磁力線數目改變而發生的電磁感應 使封閉迴路內出現感應電流 同樣地 電源持續的斷路時 也不會令迴路上出現感應電流 第三個則是讓迴路中的導線切割磁力線 如畫面所呈現 先利用磁鐵在某個區域建立磁場 再將封閉迴路以與磁場垂直的方向移入或移出磁場 在移動同時 不難發現在封閉迴路中 有磁場通過的面積改變了 也就是說 封閉迴路內的磁力線數目產生了變化 這個過程 我們稱為切割磁力線而產生的電磁感應 也會讓封閉迴路產生感應電流 統整以上三個實驗 我們可以得到如圖表所呈現的結果 當磁場保持固定時 檢流計不會檢測到感應電流 但當我們更改實驗中的磁場時 不管是增加還是減少 迴路中都會出現感應電流 讓我們試著來練習判斷看看 以下情境哪個封閉迴路 不是電磁感應現象才產生的感應電流？ 答案是E 你答對了嗎？ 在影片一開始的時候 提及感應卡與悠遊卡 裡面會有封閉線圈以及一個小晶片結構 感應的儀器會發出特定的變化磁場 使接近的線圈發生感應電流 並因此產生磁場 那麼感應器再接收這因感應電流產生的磁場 就能偵測到感應卡的接近囉 以上雖然在我們講解時 是以分開的畫面依序展現 但實際上是同時發生的 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 法拉第在某次機緣下發現 封閉迴路內發生「變化」的磁場 在封閉迴路中會出現感應電流 這種現象稱為電磁感應 並整理成以下三種實驗 封閉迴路與磁鐵間的相對運動 封閉迴路內發生磁力線數目改變 迴路導線切割磁力線 那麼除了悠遊卡感應之外 日常生活還有那些現象使用了電磁感應現象呢？ 歡迎留言分享你的想法喔 下次見 bye bye