魔術擺
用磁鐵靠近擺盪中的鋁製擺錘,擺錘會感應產生渦電流,進而造成相反方向的感應磁場,使擺通過磁鐵時減速。
實驗裝置
藉由魔術擺煞車現象,觀察並了解法拉第電磁感應定律與渦電流之原理與應用。
實驗演示
實驗一開始先不加磁鐵,單純的拉起鋁片使其擺盪。觀察完後,磁鐵接近再次拉起鋁片使其進行擺動,但鋁片卻會再經過磁鐵時減速,甚至急停。示範實驗
原理說明
此實驗的原理就是渦電流電磁剎車的原理。我們可用法拉第定理解釋磁剎車現象。磁鐵磁場垂直紙面向內,鋁擺經過磁鐵時-z方向的磁通量增加,依據冷次定理,感應電流產生的感應磁場抵抗增加的磁通量,因此鋁擺產生感應電流的磁場為+z,此旋渦狀的感應電流稱為渦電流。鋁擺的感應電流與磁鐵磁場所產生的磁力與運動方向相反,因此磁鐵對鋁擺施阻力,使鋁擺剎車。
思考問題
- 這樣的原理還能夠應用到哪些事物上?
- 在裝上磁鐵後,當要拉起鋁片時,所需的力是否與未裝磁鐵前同?為什麼?
- 使鋁片從擺盪中停下的功是從哪來的?
生活中的應用
在日常生活中應用到此項原理的事物有剎車,利用這樣的渦電流效應,火車可以穩定而平緩的減速,亦不會有一般機械式剎車的過熱問題(若煞車系統過熱,則煞車油可能蒸發產生氣泡,塞在煞車油管中,以致車失靈,而導致嚴重後果。
所以在如此的考量下,利用渦電流效應的磁剎車的確是最好的選擇。
參考資料
Fundamentals of Physics, Halliday
工作人員
鍾旻峰、 鄭兆文
周貞佑、武君玲、許庭睿
指導老師
傅昭銘教授
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