在前面的三部影片分別是

法拉第電磁感應實驗

磁通量

以及冷次定律

這三個影片內分別介紹了

電磁感應現象發生的條件以及規律

而現在

我們則是要將這三部影片的內容

做量化的定義了

做完量化定義後

我們可以思考看看

如果不是一個封閉的迴路

難道就不會有磁通量變化嗎？

難道就不會發生電磁感應嗎？

或是一個斷路在磁場中運動時

會造成什麼現象呢？

我們一步一步來討論看看

首先我們先把這三部影片的重點複習一遍

第一

在法拉第電磁感應實驗中

我們得出的結論是

當封閉線圈內發生磁力線數目改變時

線圈上會產生感應電流

於是

由此我們引進了磁通量的概念

而磁通量

則是與通過封閉線圈內的磁力線數目有關

磁力線越密集代表磁場越強

而封閉線圈所圍成的面積越大

可以通過的磁力線數目也越多

所以磁通量被定義成磁場強度

與面積法向量的內積

也就是進而將電磁感應現象發生的條件

簡化為「磁通量發生變化」

最後

再由實驗歸納出另一個重要結論

電磁感應產生的感應磁場

總是在抵抗磁通量的變化

若磁通量增強

則產生反向磁通量抵抗

反之若磁通量減弱

則產生同向的磁通量補回來

這就是冷次定律

我們現在有了現象、磁通量以及冷次定律

你可曾想過電磁感應現象中

感應電流的大小和什麼有關呢？

也就是說

我們現在已經清楚

電磁感應現象發生的條件了

但發生時的感應強度

和甚麼因素有關？

這就是量化所需要探討的

我們不妨思考一個問題

電磁感應現象中的磁鐵

與封閉線圈相對運動時

相互遠離速度快慢

會有什麼差異？

應該不難想像

如果相對速度較快

那麼相同時間內

封閉線圈的磁通量變化會比較多

那麼要抵抗這樣的變化

所需要產生的感應也得比較大

然而實驗的結果顯示

是支持這個推論的

也就是說

磁通量隨時間變化的劇烈程度

稱為磁通量時變率

直接影響感應的強弱

沒錯

法拉第在1831年的時候

就做實驗寫下了量化關係

「感應電動勢的大小等於磁通量時變率」

其中的電動勢指的是

推動迴路中電荷運動的驅動力

就像是電池兩端的電壓

可以推動迴路裡的電荷形成電流一樣

但差別是

感應電動勢

是在沒有接電池的封閉迴路中

也能推動電荷運動

感應電動勢

則是封閉迴路上並沒有接電池

但卻因為磁通量隨時間發生變化

而產生了推動迴路內電荷運動的趨勢

最後再加上冷次定律的見解

感應總是在抵抗變化

提供負號

於是發拉第電磁感應定律的公式就此誕生

感應電動勢為負的磁通量時變率

其中

電動勢的SI制單位為伏特

磁通量的SI制單位為韋伯

於是1伏特等於1韋伯每秒

我們來思考一下這個問題

剛才的問題都答對了嗎？

我們不難注意到

當金屬棒運動的同時

其實也有切割到磁力線

因為與ㄈ字形迴路有圍成封閉迴路

所以我們可以求它的磁通量

甚至是磁通量變化

但如果現在單純只有金屬棒

在均勻磁場中運動

去切割磁力線

那是否還有電磁感應的現象發生呢？

我們思考一下

這根金屬棒移動時

若有接觸ㄈ字形導線

則導線上會形成感應電流

如果金屬棒沒有接觸ㄈ字形導線

則沒有感應電流

於是這根金屬棒的功能

就彷彿是電池一樣

提供了電動勢推動導線裡的電荷運動

所以

這根正在切割磁力線的金屬棒

可以想成跟電池一樣

雖然沒有形成封閉迴路

但是它的兩端還是會有電動勢存在

這個電動勢我們稱為感應電動勢

且根據剛才的題目

我們也可以知道

這根正在切割磁力線的金屬棒

兩端的電動勢大小

就是BLv

我們統整前面三個影片的內容

將電磁感應現象

量化成法拉第電磁感應定律

也就是感應電動勢等於磁通量時變率

意義就是單位時間內磁通量的變化越大

那麼電磁感應產生的感應電動勢就越大

舉例來說

磁棒與線圈的相對運動越快

那麼線圈上的應電流就越大

還記得在前面的影片中有一個提問

一塊金屬圓盤在磁場中自轉

我們可以將這個金屬盤

想成無窮多個金屬棒所組成

它自轉時就不斷地切割磁力線

那你可以想想看

應電流應該會怎麼流呢？

歡迎留言分享你的想法

我們下次見囉

bye bye