****

**103科探課程:I:形成問題、II:心得&回饋,III:科展報告撰寫、IV:54屆參展心得**
**102科探課程:I:形成問題、II:心得&回饋,III:科展報告撰寫、IV:54屆參展心得**
**101科探課程:I:形成問題II:心得&回饋,III:科展報告撰寫IV53屆參展心得**
**100科探課程:I:形成問題、II:想法與困難、III:實驗心得感想、IV:52屆展心得**
**099科探課程:I:形成問題、II:想法與疑問、III:實驗心得感想、IV:51屆展心得**

2010年10月29日星期五

[科研社]電流的磁效應與電磁感應

主題:觀察電流的磁效應,並認識電磁感應 的現象。以驗證法拉第定律或泠次定律。


1. 讓金屬環浮起來
鋁環+銅棒
在通以交流電源的螺線管線圈上端,插上一根銅棒,並將鋁環套在銅棒 上。由於銅棒的鐵磁性較差,磁化效果不好,所以鋁環的感應電流與感應磁場 較小,使得鋁環所受的磁力不夠大,因而不易浮起來 ﹔除非,通以很大的電流 給螺線管線圈,增加磁場強度,才會看到鋁環會稍微浮起來。
鋁環 + 鐵棒
在通以交流電源的螺線管線圈上端,插上一根鐵棒,並將鋁環套在鐵棒上。由於鐵棒的鐵磁性很強,磁化效果很好,所以鋁環可以感受到非常明顯的磁通量變化,根據泠次定律,在鋁環上會有環形感應電動勢產生,因而造成相當大的環形感應電流與反向的感應磁場,使得鋁環與螺線管磁場互相排斥,所鋁環會浮起來 。
鐵環 + 鐵棒
在通以交流電源的螺線管線圈上端,插上一根鐵棒,並將鐵環套在鐵棒上。雖然鐵棒的鐵磁性很強,磁化效果很好,所以鐵環可以感受到非常明顯的磁通量變化,因而產生頗大的感應電流與反向的感應磁場。但是,因為鐵環是 順磁性物質, 當它被磁場磁化時會產生同向的極化磁場,使得鐵環會受到螺線管磁場 很強的吸引力。所以,鐵環不但不會浮起來,而且會被螺線管所吸引住。
2.讓磁鐵棒等速落下
實驗方法:
分別將藍色的磁鐵棒與非磁鐵棒在金屬管上方從靜止開始釋放,讓其順著金屬管落下,並觀察它們下降的速度與所需的時間。
實驗結果:
磁鐵棒以等速度緩慢下降,非磁鐵棒以等加速度自由落下。


在磁鐵棒的兩極附近有較大的磁場強度,當磁鐵棒在金屬管中落下時,在磁鐵棒上下兩極附近的金屬管部分會感受到很強的磁通量變化,根據泠次定律,在金屬管上會有環形感應電動勢產生,因而造成相當大的環形感應電流與感應磁場,以抵抗磁通量的變化,使得磁鐵棒上端附近的金屬管產生同向的感應磁場以吸引磁鐵棒,並使得磁鐵棒下端附近的金屬管產生反向的感應磁場以排斥磁鐵棒 ﹔所以磁鐵棒會受到一個向上的電磁阻力 。根據法拉第定律,磁鐵棒 下降的速度 愈快,金屬管所感受到的磁通量變化率就愈大,所以這種電磁阻力的大小正比於磁鐵棒下降的速度。當磁鐵棒開始加速度落下時,其所受的地球重力最後會被逐漸增大的電磁阻力所抵消,此後磁鐵便會以等速度下。
如果下降的物體是非磁鐵棒 ,因為它不具有磁性,所以金屬管不會有上述的電磁感應現象發生,因此非磁鐵棒不會受到反向的電磁阻力,就會以等加速度自由落下(假設空氣阻力遠小於非磁鐵棒的重量)。
此現象就如同「下雨」,當雨滴在空中降落時,雖然因受到地球重力的吸引而加速墜落,但同時也會受到反向的空氣阻力因而減緩加速。由於空氣阻力的大小和雨滴的速度成正比,雨滴加速到最後,逐漸增大的空氣阻力會與地球重力達成平衡,因而使得雨滴以某個終極速度等速下降。

參考資料:

沒有留言:

張貼留言