魔術管| - 科技大觀園

魔術管

98/11/30 17113

周祥順｜海洋大學光電學研究所

老師將長約 150 公分的中空鋁管直立，然後將鐵棒置入管中，鐵棒不到一秒即掉落至鋁管底端。老師再將與鐵棒同樣大小的磁鐵放入鋁管，磁鐵經 20 多秒才掉落至鋁管底端。這個現象與電磁感應有關。

我們在「感應點燈」及「風力發電機」單元介紹過法拉第定理，在「愣次環」單元介紹過愣次定律。我們可用這兩個定理解釋為什麼磁鐵在鋁管中緩慢降落。磁鐵沿鋁管向下運動時，通過鋁管橫截面的磁通量會改變。根據法拉第定理，鋁管會產生感應電流。感應電流的方向由愣次定律決定。如果磁鐵北極在下端，則磁鐵磁場向下。當磁鐵沿鋁管掉落時，通過磁鐵下方鋁管向下的磁通量增加。根據楞次定理，磁鐵下方鋁管會產生感應電流（嚴格說，鋁管並非產生大區域電流，而是局部渦電流，請參考「磁剎車」及「魔術管」單元。）

感應電流產生向上感應磁場，抵抗增加的向下磁通量。磁鐵下方鋁管的感應磁場方向與磁鐵磁場方向相反，因此互斥。磁鐵下方鋁管對磁鐵施向上磁力，使磁鐵減速。在另一方面，通過磁鐵上方鋁管的磁通量減少。根據楞次定理，磁鐵上方鋁管會產生向下感應磁場彌補減少的向下磁通量。磁鐵上方鋁管的感應磁場方向與磁鐵磁場方向相同，因此互吸。磁鐵上方鋁管對磁鐵施向上磁力，使磁鐵減速。火車剎車也是利用類似原理。

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

渦電流(5) 電感應(11) 剎車(3) 法拉第(22)

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