運動的線圈和電磁感應

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法拉第(Michael Faraday,1791 – 1867)是英國的著名化學家和物理學家,他在電學和磁學方面作出了先導的實驗。

在1831年,法拉第製造了一個裝置而發現了電磁感應,裝置是利用放置在線圈旁邊的可改變磁場,當磁場改變時,導體感應出電位差。實驗中,他把兩線圈繞在木製的柱芯上,見圖1。每當連接和切斷電池時,連接線圈B的檢流計會瞬間的轉動,然後返回原位置。

圖1: 法拉第的電磁感應實驗

檢流計瞬間的轉動不是巧合,它是因為線圈B的瞬間電流而轉動的,這瞬間的電流是線圈A的磁場改變而感應的。每當電池被連接或切斷時,磁場改變都會發生。

當法拉第明白磁場的改變會使旁邊的電路產生感應電流,他用一塊磁鐵代替線圈A,見圖2。當持續移動線圈或磁鐵時,線圈會產生感應電流。除感應電流外,線圈也會產生電位差,稱為感應電動勢 (e.m.f.)。

圖2: 移動磁鐵或線圈會產生感生電流

有很多因素影響感應電動勢,而它們都列入法拉第電磁感應定律。定律指出,在線圈中的感應電動勢與通過的線圈包圍的平面的磁力線變化率及線圈的圈數成正比。

除了這些因素之外,線圈對應磁力線的位置十分重要,感應電動勢的產生決定於包圍著線圈的磁力線的改變。因此,如果線圈與這些磁力線平行,沒有感應電動勢產生;另一方面,如果線圈與磁力線垂直,感應電動勢為最大,見圖3。

E: 感應電動勢的幅度
N: 線圈的圈數
: 磁力線數量的變化率

圖3: 當通過線圈包圍的平面的磁力線數量變化時,線圈中會產生感應電動勢

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