經過前面一連串的學習

我們知道

哪些操作會發生電磁感應現象

知道封閉線圈內發生磁通量的變化

迴路中就會有感應電動勢

帶動迴路中的電荷形成感應電流

更進一步我們也知道

磁通量隨時間變化越劇烈

感應電動勢就越大

但你是否有注意到

雖然感應電動勢的大小量化關係已經知道了

而感應電動勢所推動電荷運動產生的電流方向

我們還沒用量化關係表示

也就是

目前只有感應電動勢的大小等於磁通量的時變率

沒錯

你大概已經發現

要判斷感應電動勢的方向

就需要冷次定律的協助

再將冷次定律寫進量化關係中

就是我們今天的任務

在冷次定律的影片中

我們知道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

為了把冷次定律寫進感應電動勢的量化關係中

我們來思考一下

磁通量變化以及感應磁通量的關係

如動畫所示

有一磁棒靠近封閉線圈

由於S極在左邊

所以此封閉線圈的磁通量變化為

向右的磁通量增加了

若以向右通過此面積為正

則磁通量變化為正

然而根據冷次定律

抵抗變化來產生對磁棒的排斥力

於是要產生向左的感應磁通量

於是感應出來的磁通量是負的

我們不難發現

封閉線圈內的磁通量變化

與感應出來的磁通量之間是異號

也就是說它們兩個相差一個負號

所以加上冷次定律的見解後

感應總是在抵抗變化

在量化關係中提供負號

最後法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

我們可以更進一步探討這個負號的意義

我們先回想一下

在冷次定律影片中的延伸問題提到

如果不遵守冷次定律

會造成什麼結果呢？

你知道答案了嗎？

舉例來說

如果互相靠近的磁棒

與封閉迴路之間不是斥力

反而是引力的話

那我們只需要輕輕推一下磁棒

線圈就會將磁棒加速吸引過去

反之如果兩者相互遠離時的作用力

不是引力而是斥力

那麼也是輕碰一下

兩者就會加速遠離

也就是說

我們只需要輸入一點點的能量

磁棒會因為線圈的吸引或排斥

而獲得更大的動能

這顯然與我們的生活經驗相違背

能量源源不絕地產生

甚至就不再會有能源危機

所以冷次定律在數學上的負號

其實是能量守恆必然的結果

我們來思考一下這個問題

大家應該已經知道門禁感應扣

悠遊卡或一卡通等感應卡

都是電磁感應的應用

甚至還有發電機、變壓器等等

而電磁感應的應用還有哪些呢？

這裡我們再舉一個例子

近年來許多縣市推行的智慧停車格

其中一種方式是靠地底埋設地磁感應器

它能夠精準地記錄車輛停車以及離開的時間

節省巡查開單人力

而地磁感應儀器原理眾多

其中一種

就是使用電磁感應現象作為測量的工具

其原理主要利用轎車材質多為金屬

會影響周遭的磁場分布

如動畫中平行的實線箭頭是地磁的磁力線

而虛線圈到的範圍就是主要的量測範圍

當汽車經過量測範圍時

因金屬材質影響磁力線分布

從動畫中可以看出

磁力線疏密程度有所變化

可以解讀成磁場強度改變

那麼

此地磁感測器就會有感應電動勢產生

形成應電流訊號

那麼就能精準地記錄汽車停入的時間囉！

我們來整理一下今天學到的重點吧！

首先

我們原先知道電磁感應的量化關係

可以寫成磁通量的時變率

後來我們再加上冷次定律的規則

在此量化關係上加上負號

於是成為完整的法拉第電磁感應定律

也就是

感應電動勢等於負的磁通量時變率

其中的負號就是冷次定律得到的

而且冷次定律是能量守恆必然的結果

否則我們只需要輕輕推一下

能量就源源不絕地跑出來

如此人類就不會有能源危機

顯然這並不符合我們的生活經驗

在我們的日常生活中

其實還有許多電磁感應的應用

比如說手機也可以成為感應磁扣的替代

比如說電磁爐與金屬鍋具間

也是靠電磁感應來產生電流熱效應

還有最近很夯的無線充電系統

也是靠電磁感應

使手機電池達到充電的效果

科技始終源自於人性

所以剛才提及的應用

其實都是為了人類的方便而生的呢！

那麼還有哪些電磁感應的應用

是我們沒有想到的呢？

或是還有哪些應用是還沒有被發明的呢？

大家可以為了人類生活的便利性

發揮創意喔！