電磁感應

電磁感應與冷次定律、法拉第定律、發電機、渦電流、變壓器、電磁波

高斯(單位)

高斯(單位) Gauss (unit)
國立臺灣大學物理學系 簡嘉泓

磁場

在說明「高斯」之前,首先要有「磁場」的基本概念,磁場是一種向量場,可以由空間中的電流或磁性物質所產生,而這個向量場的強度單位,在某些應用中,可以方便地以「高斯」來表示。

渦電流;渦流

渦電流;渦流 (Eddy Current)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

渦電流是什麼?

1851 年,法國物理學家傅科 (Léon Foucault, 1819 – 1868) 發現,當一個移動中的金屬導體和磁場垂直相交時,金屬片的運動速度會有減少的現象,反之,移動的磁場與金屬相交,也會造成減速的效果。

換向器

換向器 (Commutator)
國立臺灣大學物理系 簡裕峰

換向器是直流馬達與直流發電機中的重要元件,它的功能是為了讓直流馬達與直流發電機可以持續轉動。一般而言,只有直流者需要用到換向器,交流馬達及交流發電機則不需要。最簡單的換向器是由電刷與兩片半圓形的換向環相對組合而成的,因為改變電流方向的需要使換向器長成這種形狀。

勞侖茲力(Lorentz force)及動生電動勢(motional emf)

當帶電荷的東西存在電場中,很自然的會受到電力作用,此力為F = qE,其中F是電力大小與方向,q是東西的帶電荷量,E是電場大小與方向。( 註 : q可以是負的,例如電子的帶電荷量就是負的,如果東西的帶電荷量是負的話,那麼東西所受到的電力就與電場方向剛好相反。) 當帶電荷的物體在磁場中運動時,會受到一個垂直於其運動方向的力,其力的大小與方向為 F = q ( v x B ),q為物體的帶電荷量,v為物體運動的速度,B為磁場方向與大小。在古典電磁學中,這算是很基本的原理,而且沒有更基本的原理可以解釋,為什麼帶電荷的物體在磁場中運動的時候會受到一股垂直其運動方向的力。 當帶電荷的物體同時在電場與磁場中運動時,就會同時受到電場與磁場的作用力,也就是勞侖茲力:F = q ( E + v x B ),由於力是向量 ,可以相加,所以電磁力 ( 勞侖茲力 ) 是電力加磁作用力。 電力與磁力在生活中隨處可見,人類的現代生活之所以能如此方便,大部分原因是因為我們能把電力與磁力廣泛的應用。勞侖茲的電磁作用力方程式,寫下了如何以古典方式描述電子運動,為我們要如何應用電力打下了基礎(當然歐姆定律也不可或缺)。很多有關電磁的事物都會跟勞侖茲力方程式扯上關係。

截止頻率

截止頻率在不同的物理領域意義可能不同,此處我們討論一般電路學中的意義,至於它在x-光管中的意思,則請參照「截止頻率(量子論) 」條目。 截止頻率是指可以「有效」共振的頻率範圍,當超出這個範圍共振效果會急速地遞減。 在日常生活中最常見的就是當我們在調電台的時候,在某個電台頻段附近其實我們都可以收到該電台的訊號,然而再低一點或是再高一點的頻率就再也無法收到訊號。而這個「勉強」可以收到最低的頻段就稱為低截止頻率(low frequency cutoff)、而最高的頻段為高截止頻率(high frequency cutoff),從最高截止頻率到最低截止頻率這個頻段被稱為「頻寬」

有趣的電磁感應發電機〔垂直型〕

有趣的電磁感應發電機〔垂直型〕
台中市立長億高級中學物理科林宣安老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

壹、前言

當教到電磁感應單元中的「磁能生電嗎?」時,要能引發學生的興趣,我們可以運用科學史,要學生閱讀《電學之父:法拉第的故事》(張文亮,1999);或者分段講述法拉第如何研究電磁的精彩故事給學生聽。

步進馬達

步進馬達 (stepper motor)
國立彰化高級中學物理科劉翠鵑老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

1923年,英國人詹姆斯(James Weir French)發明三相可變磁阻型(Variable reluctance)步進馬達,簡稱「步進馬達」。步進馬達是脈衝馬達的一種,將直流電源透過數位IC處理後,變成脈衝電流以控制馬達。而且馬達旋轉一圈分成數等分(數步),可使角度的控制更為精密。

發電電動兩用機

發電電動兩用機 (Electric motor-generator)
中港高中物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

所謂發電電動兩用機就是指以直流發電機與直流電動機合體的雙重用途機器,在我們需要電能時,它可以當成發電機;當我們需要力學能時,它可以當成電動機(通常以電扇的形式出現)。它的原始構想是來自於電動機與發電機的主要構造都是電樞、電刷、場磁鐵以及整流子或集電環,因此只要外加開關,分別連接電源或出電路(我們以發光二極體代表)變成作成電動發電兩用機。

圖一、電動發電兩用機設計原理示意圖。藍色與紅色為場磁鐵,中間為電樞,連接到黑色區塊為整流子或集電環,接著為電刷,再連接到外線路。

電動發電兩用機的好處是:在夏天可以把它當作電風扇使用;到了冬天,我們不再需要電風扇,可以利用冬天的季風來發電,提供室內照明之用。甚至在颱風夜停電時,因為電扇不能發揮功能,如果利用颱風的強風,電動發電兩用機可以用來當成緊急照明設備。

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