來不來電？電與磁有關係

THE MERIT TIMES

文／簡麗賢　 2023-11-16

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圖／琪琪

文／簡麗賢　

早期的人類認為電與磁沒有關係，後來知道產生磁場不一定要靠磁鐵，也可以在導線上通電流，在周遭產生磁場。這個發現與物理學家厄斯特（Hans Christian Oersted）有關。

電可生磁磁可生電

原本以為電與磁毫無關聯的厄斯特，在一次電學課中，偶然把小磁針放在導線下方，當導線通電流瞬間，磁針竟然會擺動，厄斯特有如醍醐灌頂，頓悟後欣喜若狂；接著，他發表通過電流的導線會使磁針改變方向，此效應不會因為小磁針和導線之間的玻璃而受到影響。這個發現首次結合電與磁的關係，震驚當時的科學界，掀起物理學家的熱議。

聽聞這項發現後，物理學家安培（Ampere）依據厄斯特提及的通電流的金屬線圈周圍建立磁場的「電流磁效應」，繼續深入研究，提出「安培右手定則」的實驗結論，說明如何判斷通電流的導線產生磁場的方向，建構電流可以產生磁場的相關理論，把原本被認為互不相干的電與磁兩種現象連結在一起。

物理學家後來了解通電流的線圈，在磁場中受力產生力矩而轉動，這是電動機（俗稱馬達）將電能轉換為動能的物理原理，可幫助人類搬運重物或其他勞力任務，例如電風扇、電鑽、抽風機、抽水站等，都必須藉助電

動機產生動力。

自厄斯特發現電流可以產生磁場後，物理學家就積極地想知道磁場是否也可以產生電流？電流可以產生磁場，在適當的條件，磁場也應該可以產生電流。然而，在導線旁的磁鐵，即使磁性很強，都無法使導線產生電流。

想讓導線產生電流的期望在1831年出現契機，物理學家亨利（Henry）和法拉第（Michael Faraday）發現，產生電流的關鍵不在於磁場本身的強度，而是磁場或磁力線數目是否發生變化。物理學家冷次（Lenz）在1833年發現，線圈能產生感應電流，具有感應電流產生的磁場，會抗拒原來磁場的改變，這個特性稱為「冷次定律」。

法拉第發現變動的磁場可以產生電流後，電磁感應的概念發揮應用價值，最重要的應用就是發電機。全球水力、火力與核能發電廠等，皆利用電磁感應產生電力。

電磁感應應用價值

國慶日為了安全而使用金屬探測器檢查草叢或樹木，是否隱藏金屬爆裂物，或機場入關俗稱「安檢門」的金屬探測門、軍隊用的掃雷器、機場人員手持金屬探測器等，也是具有磁場變化，而在金屬上產生感應電流，發出聲響的應用。金屬探測器不僅應用在安全檢查，還應用在考古學尋找探測古代金屬物品。有些國家的民眾使用金屬探測器需要申請牌照，例如法國、瑞典等，其主要用意在於防止夜盜，保護未被發掘的考古景點。

韓國電動公車究竟如何無線傳輸充電？透過無線傳輸的供電系統模式，韓國在城市的交叉路口和公車站，公車會停留較長時間，在路面下裝置電纜產生磁場，當電動車行經電纜上方，車子底部的接收設備會即時感應，轉換成電能。換句話說，在停靠的地方設置高電功率的電源，當公車到達時，電源會打開，在路面下裝置的電纜會產生從交流電源流出的電流，通過埋藏在公車行駛路線下方的地下線圈時，會因電流磁效應而產生感應磁場，此磁場會發生變化而對安裝在公車上的另一種線圈造成電磁感應的影響，公車車體的線圈，會因為路面地下線圈外來的磁場變化而產生排斥，從而觸發對應的感應磁場，產生感應對流，再傳到驅動公車馬達的電池，幫公車的電池充電。

以上的概念都與物理學「電磁感應」有關。來不來電？電與磁有關係。

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