自從厄司特發現電可生磁後,許多科學家就開始心存懷疑,電可生 磁那磁可生電嗎?於是於西元 1831 年法拉第從實驗中發現的結果
『當一線圈內的磁場發生變化時,會因感應而產生電流』;因而解開 磁生電之謎,並稱此所產生的電流為感應電流。
<想想看>
何謂線圈內的磁場發生變化?
<Ans>:當條形磁鐵迅速插入螺線形線圈中,則線圈中的磁力線數 會有2 條逐漸增加為 4 條,並持續增加,如下圖一(左右);
若反向運動亦如同下圖一,是由右左。若線圈與條形磁鐵
均靜止不動,則線圈內之磁場沒有任何變化,如下圖二;
若線圈與條形磁鐵以相同的速度作同向運動,則線圈內之 磁場沒有任何變化,如下圖三。
圖 一
圖 二 圖 三
實驗 12 – 3 感應電流
實驗目的:觀察一線圈內的磁場發生變化時,會產生感應電流。
實驗步驟:
step 1:如右圖所示裝置把導線所繞成的 多匝螺懸形線圈和一個中央指零 型式的檢流計連接在一起。
step 2:將一條形磁鐵的 N 極迅速插入線 圈內,發現檢流計之指針發生偏
轉,表示線圈有電流之生成,如下頁圖(a)。
step 3:改將條形磁鐵靜置於線圈內不移動,發現檢流計之指針並 不發生偏轉,表示線圈沒有電流之生成,如下圖(b)。
step 4:將條形磁鐵迅速由線圈內抽出,發現檢流計之指針亦發生 偏轉,表示線圈有電流之生成,但電流方向(檢流計偏轉 方向)與 step 2 相反,表產生相反流向之電流。如圖(c)。
圖(a) 進入 圖(b) 不動 圖(c) 離開
step 5:改變不同的磁極進入或抽出,觀察其電流流向。
step 6:改變磁鐵不同的進入或抽出的速率,觀察其電流大小。
2.線圈在磁鐵的兩極間轉動,由於線圈磁力線的夾角不同,通過 線圈的磁力線數亦會改變,如下圖。因此亦可產生感應電流。
線圈平行紙面,通過之 線圈垂直紙面,通過之 磁力線數為零 磁力線數最多
二.感應電流之大小及方向判斷:
1.大小:依法拉第定律來判斷。感應電流的大小與單位時間線圈內 的磁場變化速率成正比。
(a) 磁鐵與線圈間沒有相對運動時,感應電流為零。
(b) 磁鐵接近或離開線圈時,磁鐵的移動速率愈大,線圈產生 的感應電流愈大。
(c) 單位長度的線圈匝數愈多,線圈產生的感應電流愈大。
(d) 磁鐵的磁性愈強,線圈產生的感應電流愈大。
2.方向:依冷次定律來解釋,線圈內的磁場發生變化時,線圈會 感應而產生電流。此感應電流的方向,恆使此電流產生 新磁場以抗拒原來磁場的變化。
(a) 線圈內的磁場增加時,感應電流產生的新磁場與原磁場的 方向是相反的。
(b) 線圈內的磁場減少時,感應電流產生的新磁場與原磁場的 方向是相同的。
(c) 線圈與磁鐵間的互相接近或離開時,產生的感應電流方向 可由下圖解釋。
感應電流的方向與磁鐵的移動方向關係圖 三.感應電流之應用(發電機):
1.原理:發電機是應用電磁感應原理,使線圈在磁極間迅速運動,
而產生感應電流的機械。若施力於一封閉迴路的線圈,
在馬蹄磁鐵的兩極間轉動時,則由於線圈的轉動,使得 通過線圈的磁場發生變化,因而產生感應電流。是一種 將力學能轉換成動能的裝置。
2.構造:發電機的主要部份有
(1) 場磁鐵:產生磁場的固定磁鐵。
(2) 電樞:裝在場磁鐵中間,能自由轉動的多匝線圈。
(3)集電環:供導出電流用,金屬所製成。
3.種類:發電機可分為交流發電機與直流發電機兩種,其操作原 理實際上是相同的,所差異的地方是引出電流的方式而 已。交流發電機是使用兩個圓形金屬環;而直流發電機 則是使用兩個半圓形金屬環;其構造分別如下圖所示。
而交(直)電流與時間關係圖,則如下頁圖所示。
交流發電機 直流發電機
交流發電機產生的 直流發電機產生的 電池供給的電流 電流(交流電、AC) 電流(直流電、DC) (DC)