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風速計
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。
 
 
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
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