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風速計

98/11/30 15868

周祥順｜海洋大學光電學研究所

老師手中拿著一個風速計玩具。對扇葉吹氣，指針就會偏轉。風速計是利用電磁感應及渦電流原理設計的。我們將風速計拆開研究內部的構造。扇葉背面是南北極相鄰的環狀磁鐵，指針背面是一塊圓形鋁盤，環狀磁鐵與圓形鋁盤面對面但未接觸。扇葉轉動帶動環狀磁鐵轉動，磁鐵轉動使鋁盤及背面的指針轉動。由指針轉動的角度可讀出風速。

為什麼磁鐵轉動可使對面的鋁盤轉動呢？考慮「細說『風速計』」ㄧ文中圖三的裝置，此裝置稱為 Arago 盤，Arago 在 Faraday 之前即已觀察到電磁感應的現象，但並未提出解釋。在鋁盤上方懸吊磁棒，磁棒磁場從北極發出。磁棒沿藍色箭頭方向轉動，此時北極離開圖三右下方區域朝向右上方區域前進。因此通過右下方區域向下的磁通量減少，通過右上方區域向下的磁通量增加。根據法拉第定理（請參考「感應點燈」及「風力發電機」單元），磁通量改變時鋁盤可產生感應電流。根據愣次定律（請參考「愣次環」單元），圖三右下方區域會產生向下感應磁場彌補減少的向下磁通量。感應磁場方向與北極磁場方向相同，因此北極吸引圖三右下方區域使鋁盤產生與磁棒相同方向轉動。同理，右上方區域會產生向上感應磁場抵抗增加的向下磁通量。感應磁場方向與北極磁場方向相反，因此北極排斥圖三右上方區域也使鋁盤產生與磁棒相同方向轉動。根據磁場右手定則（請參考「磁浮地球儀」單元），鋁盤會產生沿紅色箭頭方向的漩渦狀感應電流，此種漩渦狀的感應電流稱為渦電流（eddy current，請參考「愣次擺」及「磁剎車」單元）。小玩具大道理，你說物理有趣不有趣？

資料提供

海洋大學光電科學研究所周祥順教授
E-mail：hschou@mail.ntou.edu.tw

愣次定律(6) 渦電流(5) 電感應(11) 法拉第(22) 右手定則(9)

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