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魔術管
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」單元介紹過愣次定理。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理決定。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。
 
 
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
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