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感應點燈

98/11/30 瀏覽次數 19017
第一個實驗中,老師手中拿著一個壓克力管,管上有三個金屬線圈,線圈上有各種不同顏色的 LED 燈。將磁鐵置入管內,當磁鐵沿著管內落下時, LED 燈輪流發光,像耶誕燈飾一般,十分有趣。

這個現象是電磁感應(Electromagnetic induction)造成的。在解釋電磁感應之前,我們先介紹磁通量(magnetic flux)。磁場垂直線圈的分量與線圈面積的乘積稱為磁通量。英國物理學家法拉第最早觀察到電磁感應現象並提出解釋。根據法拉第的解釋:通過線圈的磁通量改變時線圈會產生電流。此電流並非由電源產生,而是因磁通量改變而感應產生的,因此稱為感應電流。感應電流的大小與磁通量對時間的變化率成正比。這就是法拉第定理(Faraday’s law)。丹麥物理學家奧斯特發現電可以生磁,法拉第則發現磁可以生電。奧斯特與法拉第的發現為電與磁之間搭起了橋樑。

現在大家可以瞭解為何磁鐵運動時 LED 燈會發光了。磁鐵運動時通過線圈的磁通量會改變。根據法拉第定理,線圈會產生感應電流,因此使 LED 燈發光。

在第二個實驗中,老師將小燈泡焊接在金屬線圈上,然後將線圈套在螺線管上。 打開電源開關,使螺線管通過電流,小燈泡就會發光。這也是電磁感應所造成的。在「磁浮地球儀」單元中,我們已談過電流可產生磁場。螺線管的磁場方向可以用右手定則決定。

右手定則:伸出你的右手,豎立大姆指,其餘四個手指沿著電流方向彎曲,則大姆指所指的方向就是磁場的方向

在我們的實驗中,螺線管通過交流電,因此螺線管的磁場隨時間改變,通過線圈的磁通量因而也隨時間改變。依據法拉第定理,通過線圈的磁通量改變時線圈會產生感應電流。感應電流通過燈泡燈泡便會發光。

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
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