服務申請

目前開放報名活動如下:

鋁片漂浮

鋁片漂浮

目的

演示磁場感應電動勢與電流於磁場中的受力效應。

 

實驗

實驗裝置:電磁爐(induction cooker),漆包線線圈,發光二極體,鋁箔紙,圓柱紙筒。

1.以漆包線所繞成的線圈兩端接上發光二極體LED(或小燈泡),於啟動中的電磁爐附近測試電磁爐附近的磁場效應。

2.將圓柱紙筒立置於電磁爐上。把鋁箔紙中央開一個紙筒可穿過的圓洞,套入紙筒。開啟電磁爐,觀察鋁箔反應。

3.以絕緣棒將鋁箔紙壓住觀察鋁箔反應。

 

原理思考

1.實驗1中LED為何可發亮?

2.實驗2中鋁箔片為何會上下漂浮?

3.何以將鋁箔紙壓住使其不漂浮,會導致其燃燒?

4.鋁箔片燒斷後仍舊漂浮嗎?為什麼?

 

fig1 10242 

1.電磁爐的內部是利用交流電(實例為週期1.5kHz)通過線圈時於周圍產生磁場變化,依法拉利定律(Faraday’s law)此磁場變化於漆包線線圈迴路所產生的感應電動勢可點亮LED.圖為電磁爐內部線圈。
2.鋁箔片漂浮導因於鋁箔受到電磁爐的磁場變化而產生感應渦電流(Eddy currents)。依愣次定律(Lenz’s law)此感應電流的方向與電磁爐線圈電流方向相反,而所受到電磁爐磁場所作用的磁力為斥力,故而向上漂浮。待磁力作用小於重力時便向下墜落。(有些電磁爐有防空燒的安全裝置而關閉)
3.鋁箔上感應出的渦電流不斷的來回流動,產生的熱量無法排除,終致燃燒。 4.鋁箔片燒斷後其上的感應電流分布不再與原先相同,不再與電磁爐線圈電流方向相反,故而不再有明顯漂浮現象。

 

討論

1.LED為二極體,只能單向導通。將實驗1的線圈上下相反,LED也會發亮嗎?

2.電磁爐上磁場方向為何?

3.電磁爐一定要用交流電嗎?

4.實驗2中的圓柱紙筒放置若不在中央而在偏一側,則結果如何?

5.電磁爐上方的磁場是由交流電所產生的,那麼電磁爐上方也會有電場嗎?

6.電磁爐會不會輻射電磁波?

7.討論不同的加熱方式與效率。

 (1)電磁爐的內部是利用交流電(實例為週期1.5kHz)通過線圈時於周圍產生磁場變化,依法拉利定律(Faraday’s law)此磁場變化於漆包線線圈迴路所產生的感應電動勢可點亮LED.圖為電磁爐內部線圈。

 (2)鋁箔片漂浮導因於鋁箔受到電磁爐的磁場變化而產生感應渦電流(Eddy currents)。依愣次定律(Lenz’s law)此感應電流的方向與電磁爐線圈電流方向相反,而所受到電磁爐磁場所作用的磁力為斥力,故而向上漂浮。待磁力作用小於重力時便向下墜落。(有些電磁爐有防空燒的安全裝置而關閉)

 (3)鋁箔上感應出的渦電流不斷的來回流動,產生的熱量無法排除,終致燃燒。 4.鋁箔片燒斷後其上的感應電流分布不再與原先相同,不再與電磁爐線圈電流方向相反,故而不再有明顯漂浮現象。

 

關於實驗

1.由本實驗得知鋁箔在電磁爐上亦會生熱,但一般電磁爐說明書不建議用鋁鍋,是因鋁比鋼的電阻小10倍以上,所產生的熱效率較差。

2.相同原理作成瞬間大電流的改變,可設計成電磁發射火箭的演示實驗。

3.可同本網站中的下落磁環感應煞車磁鐵太空漫步做比較。

 

製作

v.1 曾助理

 

指導老師

陳泰利、東吳大學陳秋民教授

 

撰稿 

陳泰利