科學新聞新知 學生版 1
告別有線，迎向無線新世代！
在最早以前，當手機要充電使用時，不同款手機就要選擇不同形式的充電線與插頭，
直到後來 USB 普及，大部分手機的充電線與插頭才變得相互通用。時至今天，有不少 款智慧型手機又更科技化了，再也不用再拖著長長的充電線與插頭，只需將手機放在充 電座之上就能充電了。有別於傳統充電器，這種無線充電技術的優點可不只少了有些礙 手礙腳的充電線而已，它除了能同時供應多支手機的電力，還能擴充至遠距離充電，使 手機充電更為簡單、方便。只不過，你可知道，這項看似嶄新的無線充電技術，令人意 外的是，背後主要技術卻是應用相當古老的「電流磁效應」與「電磁感應」原理。
有關電與磁的研究很早就被發展出來，只不過一直以來，科學家都認為電是電，磁 是磁，兩者可說是毫不相關，這個觀念一直到 1820 年才被丹麥化學家厄斯特（Hans Christian Oersted）打破。厄斯特某次在課堂教授電學時，偶然發現將指南針置於導線的正 下方，當導線通電時磁針會微微擺動（圖一），成功顯示出「電能生磁」的「電流磁效應」
現象，至此人們才驚覺電與磁可能存在密不可分的聯繫。繼厄斯特之後，電流磁效應相關 的研究猶如雨後春筍紛紛崛起，甚至進一步發現，當將導線纏繞成線圈（圖二），或通入 更強的電流，都能使產生的磁場變強，現今我們常用到的電磁鐵，就是利用這個道理。
只要說到近日最發燒的 3C 話題，那當非「iPhone 7」莫屬了。台灣今年首度被列為 iPhone 全球首賣國家，開賣不到半天就突破 1 億元的銷售額，只能說蘋果魅力實在驚 人。只不過 iPhone 7 的熱賣還未結束，市場已經開始預測未來 iPhone 8 的機款特性，
除了可能採用雙曲面螢幕設計 之外，還會搭載無線充電功能，使充電更為方便。「無 線充電」一詞你可能並不陌生，市售不少手機款就已經搭載這項功能，只不過你知道 為什麼無線還能充電阿？其中到底運用什麼樣的科技原理呢？真讓人好奇不已。
圖一 電流方向不同，建立磁場方向
（指南針指向）不同
圖二 線圈愈多圈，建立的磁場愈強，
就像堆疊在一起的磁鐵一樣
科學新聞新知 學生版 2
當人們發現「電能生磁」之後，開始就有科學家反思，既然「電能生磁」，那「磁 是不是應該也能生電」呢？於是有不少科學家陸續投入這塊研究之中，只不過相對於
「電流磁效應」來說，「以磁生電」的研究可說是一波三折，幾乎所有實驗都宣告失敗，
直到 1831 年才被英國物理學家法拉第（Michael Faraday）以實驗成功證明出「磁能生 電」現象。
法拉第所設計的「以磁生電」裝置，其實相當簡單，他在一個鐵環上繞了 A 和 B 兩條線圈，A 線圈與一個電池連接，B 線圈則接上一個檢流計（圖三）。當 A 線圈與電 池接通或斷開的瞬間，B 線圈上的檢流計指針亦會瞬間轉動，顯示 A 線圈通電瞬間，
同時會使 B 線圈產生短暫的電流，就是所謂的感應電流（induced current）。沒多久，
法拉第又另外進行一系列的實驗，如將一根磁鐵棒迅速插入線圈或從線圈中迅速拔出 時，在線圈中同樣也獲得瞬間的感應電流（圖四）。這些實驗結果讓法拉第成功證明了
「磁能生電」，他將這種由磁場變化所產生感應電流的現象，命名為 「電磁感應
（electromagnetic induction）」，之後還更進一步發現，當磁鐵棒進出線圈愈快，線圈 產生感應電流就會愈大，這種感應電流與磁場變化速率成正比的關係。
目前「搭載無線充電技術」的熱門手機中，所應用的技術就是上述介紹的「電流磁 效應」與「電磁感應」原理了。只要在手機充電器裡面裝置一個傳送線圈，這個線圈可 以將電流轉變為磁場，另在手機裡設置一個接收端，利用另外一個接收線圈將感應到的 磁場轉換回電流，如此一來，接收端就可以在不插線的情況下，就能接受充電器而來的 電能，為手機充電。
你還在為找不到插頭而煩惱嗎？別擔心，也許在不久的將來，你只要把手機擱在桌 上就能充電，甚至有可能隨時隨地都能充電，再也不用苦苦跪求一個插座了。
向右 檢流計
向左 檢流計
B線圈
A線圈 檢流
計
電池 鐵環 開關
圖三 以載流導線產生電磁感應 圖四 以線圈產生電磁感應
科學新聞新知 學生版 3
1. 下列哪一位科學家最先發現了電和磁之間是有關係的？（閱讀題）
(A)安培 (B)法拉第 (C)厄斯特 (D)馬克士威 2. 載流導線能產生磁場的這種現象稱為：（閱讀題）
(A)電磁感應 (B)感應起電 (C)電流磁效應 (D)電流熱效應 3. 電磁鐵的應用原理是利用下列哪一種效應？（閱讀題）
(A)電磁感應 (B)感應起電 (C)電流磁效應 (D)電流熱效應
4. 將一條導線接上電池後，若此時將一個指南針放在導線下方，則能看到指南針的指 針向右偏轉。若今將電池頭尾顛倒放置，而其他部分均不改變，則指南針的指針會 如何改變？（理解題）
(A)向右偏轉 (B)向左偏轉 (C)完全不偏轉 (D)條件不足，無法得知
5. 今將導線繞在相同的鐵棒上後，再連接至相同型號的電池，可製成下列四個電磁鐵，
通電後，何者產生的磁力會最強？（理解題）
(A) (B) (C) (D)
6. 將一根磁鐵棒迅速插入螺旋線圈或從螺旋線圈中迅速拔出時，瞬間在線圈中會獲得感 應電流，此種現象稱為：（閱讀題）
(A)電磁感應 (B)電流效應 (C)磁化作用 (D)電化作用
7. 承上題，上述現象是由何人在1831 年以實驗證明而得？（閱讀題）
(A)安培 (B)法拉第 (C)厄斯特 (D)馬克士威
8. 將一條螺旋線圈與檢流計以導線連接之後，快速將磁鐵棒放進螺旋線圈內部再停下，
則檢流計的指針會如何改變？（理解題）
(A)指針維持不動 (B)指針不停擺動 (C)檢流計指針先偏轉後歸零 (D)指針偏轉 後固定指在某一刻度
閱讀理解 檢核
科學新聞新知 學生版 4
9. 下圖中的何種情形，無法使螺旋線圈產生感應電流？（推理題）
(A)線圈靜止，磁鐵向左移動 (B)線圈向右移動，磁鐵靜止 (C)線圈向右移動，磁鐵向左移動 (D)線圈與磁鐵同時靜止不動
10. 承上題，當線圈與磁鐵發生相對運動時，若其相對運動速率愈大，產生的感應電流 則會：（閱讀題）
(A)愈大 (B)愈小 (C)不變 (D)不一定
延伸
讀
充滿勵志人心的人生—法拉第！
只要一提到法拉第，最被後人津津樂道的，不是他在科學上的成就，
而是他那極富戲劇的人生，看他如何從默默無名走到與牛頓、馬克士威 齊名的過程，儼然就像看一本活生生的勵志小說。
法拉第於 1791 年出生在英國一個鐵匠家，由於家境貧窮，小學畢業後 就當起一間書店的報童，14 歲時才當上學徒，學習裝訂書報。與一般人不 同的是，法拉第並未因此而停下學習，反而在 7 年的學徒生涯中，利用能 接觸到大量書籍的機會，不斷自我學習、精進。
若說機會是留給準備好的人，那對法拉第來說，就是最好的印證了。他的奮 發上進與不俗談吐，終究引起書店某客戶的注意，輾轉獲得英國化學家戴維演講 的入場卷，進而獲得當時擔任英國皇家學會會長的戴維青睞。在經過這位有影響 力的科學家推薦之下，法拉第才得償所願，進入英國皇家實驗室工作，展開力致 於科學研究的一生。
至此對大部分的人來說，都是平步青雲的開始，只不過對法拉第而言，真正 的歷練才剛剛開始呢。在他的科學研究生涯當中，常常因為本身學歷不高，而遭 到歧視、攻擊等不平等的對待，而原本是慧眼識英雄的伯樂，最後也因在科學研 究成果上的角逐，產生一段瑜亮情節，直到戴維晚年才放下，留下一句「我一生 最大的發現，是發現了法拉第」，當然，這又是另一段曲折離奇的故事了。
