電磁感應
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電磁感應. 一、感應電流. 二、磁通量. 三、感應電動勢. 四、交流發電機. 五、渦電流. 六、變壓器. 七、電磁波. qV×B. 一 ‧ 感應電流: (A) 導線在磁場中運動: 由 F B =_____ 。 一段導線在磁場中垂直於磁場, 因導線運動,其中帶電質點受 磁力而堆積於兩端。直到 __ 力 反抗力與 __ 力平衡為止。 電荷堆積於導線兩端 → 猶如 _____ 。 電位差相當於 _______ 。. 電. 磁. 電池. 電動勢.

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Presentation Transcript

電磁感應

一、感應電流

二、磁通量

三、感應電動勢

四、交流發電機

五、渦電流

六、變壓器

七、電磁波


qV×B

一‧感應電流:

(A) 導線在磁場中運動:

由FB=_____。

一段導線在磁場中垂直於磁場,

因導線運動,其中帶電質點受

磁力而堆積於兩端。直到__力

反抗力與__力平衡為止。

電荷堆積於導線兩端 → 猶如_____。

電位差相當於_______。

電池

電動勢

(B) 感應電流:

將(A)之導線兩端接通即可在導線中形成電流 → 感應電流。

(C)_______定則 → 發電機原理。

四指 → ___。

掌心 → ___。(導線對磁場的相對運動)

拇指 → ___。(內電路,電池負極到正極)

左手掌


(D) 法拉第實驗:判斷下列四種狀況何者將會有感應電流?

GO BACK P1


B‧A

B‧(△A)

(△B)‧A

磁通量變化

法拉第

二、磁通量;( )

(A) 公式; Ø B = ______

△ Ø B = ________或________。

(B) 由實驗知; __________產生感應電流。

(C) ______電磁感應定律;

b c 導線以V等速向右

b c 導線上電荷受磁力FB = ____。

電荷受磁力作功:W = ______ = ________。

電動勢 ε= ______ = _____。

(另) 由磁通量變化求感應電動勢:

△ Ø B = _______ = _________。

qVB

FB‧L

(qVB)‧L

LVB

B‧△A

B(L×V×Δt)

LVB

背!

(D) 冷次定律:(負號意義 )

感應電流所生磁場的方向_____磁通量發生變化之方向。

(E) 表示法:

阻止

拇指:( )

四指:( )

___手定則:

i


實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線

圈感應電流之方向?

實際判斷:

N極靠近 → _____與___同向 ↔ 相當___極遠離。

N極遠離 → _____與___同向 ↔ 相當___極靠近。

△ψB

N

S

△ψB

N

S


(實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線註) 之意義:

(1) 迴線: 表示_____________

→ 左手定則。

(2) 一段導線: 表示____________________

→ 左手掌定則。

磁通量的變化率

單位時間內切割磁力線數


範例實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線1.一迴圈如圖,部分在磁場中,若迴圈 (A)

向左等速 (B)向左加速 (C)向右等速度

(D)向右加速 (E)迴圈不動磁場向左等速。

則哪些組產生感應電流方向相同?

答:(A)(B)順時針,(C)(D)(E)逆時針

範例2.如右圖所示,一長直導線與一圓屬線圈共

平面,當直導線之電流增加時,圓線圈上

感應電流的方向為何?

答:逆時針

範例3.承上題,若將圓線圈改成以絕緣塑膠製成,則圓線圈中是否有

感應電動勢?

答:仍有感應電動勢,但因為其

電阻甚大,故無感應電流


範例實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線4.如右圖所示,一長度為40cm的直導線在0.4T,

方向鉛直向下的均勻磁場中,以1.5m/s的速度

,在一固定的水平U矩形上滑動,若直導線無電

阻,而矩形導線上有25Ω與15Ω的A、B量電阻

器,則流經直導線的電流為何?

範例5.如圖所示,在鉛直向下,強度為B的均勻磁場

中,一長度為L的直導線以C為圓心,以角速

度ω在水平面上轉動,則直導線上A和C兩端

之感應電動勢為何?

GO BACK P1


三、感應電動勢:實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線

(A) 電能來源:

磁場

外界作功 ─────→電能

(B) 推導:

(1) 功率:P = ______。( F= ─ FB)

= ________ = ___。

(2) 電動勢: ε= ______。

(3)電流:i = ___ = ______。

(4)力: = ____= ______。

(5)功率:P = ____ = ___ = ____ = ______。

F‧V

iLB‧V

LVB

iLB

FV

i2R


範例實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線6.如右圖,邊長為L之正方形的迴線以等

速度V正在橫移越過一均勻磁場B,此

磁場的寬度為迴線的兩倍。試將迴線

的感應電動勢ε、移動線圈所需外力F

及功率P分別為縱坐標,橫移之位置x

(或時間)為橫坐標做關係圖。

FB=-F外=iLB

(向右為正)

P=F外‧Vcos00


範例實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線7.水平面上有一U型軌道,其上有一可滑動

的導線,導線長度L,質量m,電阻R。設

軌道無摩擦力,無電阻。已知ㄧ外加磁場

B,均勻垂直向下,如右圖所示。

在導線以速度V向右運動瞬間,

(a) 求導線內電流之大小及方向。

(b) 求導線加速度之量質及方向。

(c) 求導線動能對時間變化率之大小及正負。

GO BACK P1


四、交流發電機:實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線

(A) 構造:電樞.磁場.集電環。

(B) 原理:以____使電樞在____中轉動。

→由______變化量(_____)求電動勢(__)。

外力

磁場

磁通量

ΔψB

ε

求:交流電動勢ε=?

ψB=________。(面積A=______,θ=____)

ε=______=___________。

ε=_______________。

BAcosωt

(2π)L

ωt

+BAωsinωt

2πfBAsin(2πf)t


(C)實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線討論:

0o

900

1800

270o

0o

最大

0

最大(負)

GO BACK P1


五、渦電流:實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線

(A) 產生:

如圖N極靠近導體 → 導體板的磁通

量改變 → 依照________ → 導體板

上會產生______方向類似

________________,

因此稱為______。

冷次定律

逆時針

漩渦狀的感應電流

渦電流

(B) 渦電流的應用:

(1) 電磁爐:顱內的線圈通入____電時,可產生交互變化

的磁場,而使置於板面的____鍋具產生渦電

流而形成熱源。

(2) 電磁煞車:在與車輪同軸轉動的金屬盤兩邊加裝____

鐵,通電時可使金屬兩邊產生不同方向的

渦電流,而形成_____作用,可對車輛產

生減速效果。

(3)減少渦電流形成熱效應:電動機或變壓器中的軟鐵心常

____相疊,其間並塗以絕緣

漆,以減少渦電流的產生。

交流

金屬

電磁

磁力

片狀


範例實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線8.如圖所示,矩形迴線置於一均勻磁場中。

(a) 繞P1和P2軸旋轉,bc方向正進入紙內時

,感應電流方向?

(b) 若迴線面積1.0m2,且轉速為數(120/2π)

r.p.s,磁場強度為2.0T時,繞P1軸旋轉之

最大感應電動勢為若干伏特?


範例 實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線9.一交流發電機,其電樞有200匝線圈,線圈面積為0.04m2,

以每分鐘300轉的固定轉速在0.06T的均勻磁場中旋轉,則

此發電機最大電動勢為何?

範例10.承上題,當圈面與場夾角為30o的瞬間,所產生的感應電

動勢為何?

範例11.下列有關渦電流的敘述,何者正確?(A) 可用法拉第電磁

感應定律解釋 (B) 應用冷次定率預測電流方向 (C) 絕緣體

中不會有渦電流產生 (D) 微波爐是利用渦電流來加熱食物

(E) 可造成熱現象。

答:ABCE

GO BACK P1


六、變壓器:實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線

(A) 構造:

(B) 原理:

εp=_______。 εs=_______。

得:

=___。

(C) 設能量轉換過程無損耗

→ 輸出____ = 輸入____。(_____=_____)

=___=___。

功率

功率

GO BACK P1


七、電磁波:實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線

(A) 輻射原因:由於帶電質點____運動。

→ 周圍____變動 → 電磁波。

(B) 證據:電子在天線上來回運動(S.H.M)發射無線電波。

(C) 表示法:______定則。

(電場):_____。

(磁場):_____。

(傳播方向):______。

(D) 性質:

(1) 發現:1864馬克士威預測 =______=__________ 。

1888赫芝證實。

1895馬可尼.無線電通訊成功。

(2) 靜止電荷,等速運動電荷。因電廠強度固定故無法發射電磁波。

(3) 係相伴發生。

(4) 電磁波是__波,以_______檢驗。

(5) 不需介質即可傳播,為廣義的光。

加速

磁場

右手掌

拇指

四指

電磁波

偏振片


(E) 實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線電磁波譜:

(1) 無線電波:f=___~___赫。

λ=___km~___mm。

(2) 紅外線:高溫物體.釋出輻射。

(3) 可見光:λ=______(紅) ~______(紫)。

(4) 紫外線:電弧或氣體放電時釋出。

(5) X-ray:λ=_____~_____。

(6) γ-ray:放射性物質蛻變時發射頻率達____赫以上的電磁波。

(7)鐳射:同相位的光。

104

1011

30

1

7000Å

3500Å

100Å

0.01Å

1021


範例實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線12.某變電站利用變壓器將3.3kv的電壓降為110V,供給某社區

使用,若此時該社區使用電器的等效電阻為2.2×10-3Ω,則:

(a) 此變壓器原線圈匝數為副線圈匝數的幾倍?

(b) 流經變壓器原線圈的電流為何?

範例13.承上題,此變壓器之輸入功率為何?


範例實驗:一磁鐵靠近或遠離線圈時,由磁通量變化判斷線14.某地區的行動電話所使用頻率為900MHz,

則其波長為何?

範例15.若某廣播頻道之電磁波由左向右,電場在鉛

直方向振動,而磁場在水平方向上振動,現

有一收音機用螺線管作天線,則螺線管之管

軸應如何放置,才能有最大之收訊效果?

答:磁場方向與螺線管之管軸平行時,管內

磁通量最大,而磁通量變化亦最大,故

可以產生最大感應電動勢,而有最好之

收訊效果。


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