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2-4 磁生電

2-4 磁生電. 前言 電可生磁，磁是否可生電呢？若將接有檢流計（一種很敏銳的安培計）的導線放在磁鐵前方或圍繞著磁鐵，並無法察覺到有電流通過，所以，磁似乎無法生電 然而在 1831 年，英國科學家 法拉第 （ Michael Faraday ， 1791∼1867 ）發現了利用磁產生電流的方法. 實驗 2-4 線圈內磁場變化產生電流. 目的：磁棒與線圈有相對運動時可產生電流，並決定所生電流的方向。 器材：. 實驗 2-4 線圈內磁場變化產生電流. 步驟： 1. 利用膠水罐的形狀，將漆包線分別繞成 20 及 40 圈的長圓柱形線圈（圖 1 ）。

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2-4 磁生電

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Presentation Transcript

  1. 2-4 磁生電 • 前言 • 電可生磁，磁是否可生電呢？若將接有檢流計（一種很敏銳的安培計）的導線放在磁鐵前方或圍繞著磁鐵，並無法察覺到有電流通過，所以，磁似乎無法生電 • 然而在1831 年，英國科學家法拉第（Michael Faraday，1791∼1867）發現了利用磁產生電流的方法

  2. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 • 目的：磁棒與線圈有相對運動時可產生電流，並決定所生電流的方向。 • 器材：

  3. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 • 步驟： • 1. 利用膠水罐的形狀，將漆包線分別繞成20及40 圈的長圓柱形線圈（圖1）。 • 2. 取20 圈的線圈用導線將兩端與檢流計相接（圖2）。 • 3. 以磁棒的N 極推進線圈內（圖3），觀察檢流計指針的偏轉情形。

  4. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流

  5. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 • 步驟： • 4. 將磁棒靜止於線圈內5 秒，觀察檢流計指針的偏轉情形。 • 5. 將磁棒拉出線圈，觀察檢流計指針的偏轉情形。 • 6. 以較快的速率移動磁棒，重複步驟3∼5。　 • 7. 將磁棒方向反轉，重複步驟3∼6。 • 8. 取40 圈的線圈與檢流計相接後，重複步驟3∼6。

  6. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 問題與討論： 1. 把磁棒推入或拉出線圈時，檢流計的指針有無偏轉？方向是否相同？代表什麼意義？ 解答： 磁棒推入線圈的一剎那，指針會偏轉；而磁棒拉出線圈時，指針也會偏轉，但方向相反。磁針偏轉的意義，代表檢流計有電流通過；至於方向相反，代表所通過電流的方向相反。

  7. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 問題與討論： 2. 磁棒在線圈中靜止時，檢流計的指針有無偏轉？代表什麼意義？ 解答： 磁棒在線圈中靜止時，檢流計的指針並無偏轉，代表並無電流通過。

  8. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 問題與討論： 3. 以較快的速率移動磁棒通過線圈時，檢流計指針偏轉的情形有何不同？ 解答： 當以較快的速率移動磁棒通過線圈時，檢流計指針偏轉的角度也會較大。

  9. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 問題與討論： 4. 將磁棒方向反轉，檢流計指針的偏轉方向是否相同？代表什麼意義？ 解答： 將磁棒方向反轉，檢流計的指針也會往相反方向偏轉，代表流經檢流計的電流方向相反。

  10. 實驗2-4線圈內磁場變化產生電流 問題與討論： 5. 磁棒經過較多圈數的線圈，檢流計指針偏轉的情形有何不同？ 解答： 當磁棒經過較多圈數的線圈時，檢流計指針的偏轉角度會較大。

  11. 感應電流 • 每當磁棒進入或離開線圈時，檢流計的指針就會偏轉（圖2-22），代表線圈有電流通過 • 但在磁棒靜止於線圈內時，檢流計的指針並無偏轉，代表線圈無電流通過 • 所以，磁的確可以生電，但只在線圈內的磁場發生改變時，才能產生電流（圖2-23） • 這種電流是因線圈內磁場變化而產生，所以稱為感應電流 • 通過較多圈數的線圈，或者加快磁棒的移動速率，皆可增加感應電流的大小

  12. 感應電流 圖2-22 磁棒離開線圈時，檢流計會偏轉。

  13. 感應電流

  14. 想想看： 如果磁棒不動，移動線圈向磁棒靠近，線圈中是否有感應電流發生？ 解答： 只要線圈與磁棒間有相對運動，即： 1線圈不動，移動磁棒向線圈靠近或遠離。 2磁棒不動，移動線圈向磁棒靠近或遠離。 3磁棒與線圈相互靠近或遠離。 4磁棒與線圈同方向運動，但速率不相等。 均可使線圈內產生感應電流。

  15. 冷次定律 同一磁棒進入與離開線圈時，檢流計指針的偏轉方向正好相反。如果將磁棒方向反轉推入線圈，依然可以產生電流，但檢流計指針的偏轉方向，會與磁棒按原來方向推入線圈時，所造成的偏轉方向相反。 1833 年，德國科學家冷次（Heinrich Lenz，1804 ∼ 1865）發現了決定感應電流方向的規則：

  16. 感應電流的方向總是與產生它的原因相抗衡 也就是感應電流所生新磁場的方向，總是抵制造成感應電流的外加磁場方向。 例如：當磁棒的N 極由左而右向線圈左端移動時，線圈便會產生電流，而此電流可生新磁場，它的磁場方向便是要能抵抗N 極進入線圈，所以線圈的左端要形成N 極排斥磁棒，來達到此要求。由安培右手定則可知， 線圈左邊的磁場，是由逆時鐘(面朝線圈左端觀察)的電流所造成，而使得檢流計的指針會偏向左方(如圖a)。

  17. 冷次定律

  18. 冷次定律 當磁棒的N 極離開線圈時，線圈左端要形成S 極吸引磁棒，以阻止它離開。由安培右手定則可知，線圈左邊的磁場，是由順時鐘（面朝線圈左端觀察）的電流所造成，而使得檢流計的指針會指向右方（如圖b）。 同理，當磁棒的S 極進入或離開線圈時，線圈所生的電流大小與方向也可由檢流計的偏轉情形讀出（如圖c、d）。

  19. 冷次定律

  20. 磁生電的應用 • 發電機就是利用通過線圈內磁場的變化，產生出電流的一種最重要之應用裝置(圖2-25)

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