4-2 電磁感應
4.2.1 電磁感應的發現
1831 年，英國科學家法拉第（Michael Faraday）發現，當磁場通過閉合線圈的磁力線數量發生變化時，線圈中會產生電流，這種現象稱為電磁感應。
這一發現表明了磁場可以產生電流，進一步揭示了電與磁之間的深層聯繫。
問題 1：
誰發現了電磁感應現象？電磁感應的基本原理是什麼？
解題策略：
回憶法拉第的貢獻和電磁感應的基本概念。
4.2.2 法拉第電磁感應定律
法拉第深入研究了電磁感應現象，發現感應電流的大小與磁場變化的速度和程度有關。他總結出以下觀念：
- 磁場變化率越大，感應電流越強：快速改變磁場會產生較大的感應電流。
- 線圈匝數越多，感應電流越強：更多的線圈匝數會加強感應效果。
- 磁場變化方式：磁場可以通過移動磁鐵、改變電流、改變線圈面積或角度等方式變化。
總結來說，感應電流的產生取決於磁場的變化以及線圈的特性。
問題 2：
感應電流的大小受哪些因素影響？請列舉至少兩個。
解題策略：
思考哪些因素會影響磁場的變化和線圈的感應能力。
問題 3：
為什麼移動磁鐵進入線圈會產生感應電流？
解題策略：
考慮磁鐵移動時，線圈內的磁通量如何變化。
問題 4：
如果保持磁鐵和線圈相對靜止，是否會產生感應電流？為什麼？
解題策略：
回憶感應電流產生的必要條件。
4.2.3 冷次定律
冷次定律用於確定感應電流的方向。它表明，感應電流會產生一個磁場，該磁場的作用是抵抗引起感應電流的磁通量變化。
簡單來說，感應電流的方向總是試圖維持原有的磁場狀態。
問題 5：
冷次定律如何確定感應電流的方向？
解題策略：
回憶冷次定律的內容，思考「抵抗變化」的含義。
問題 6：
如果一個磁鐵的 N 極靠近線圈，根據冷次定律，線圈中的感應電流方向如何？
解題策略：
想像線圈產生的磁場如何抵抗外來磁場的變化。
4.2.4 電磁感應的應用
電磁感應現象在現代科技中有廣泛的應用：
1. 發電機
發電機利用電磁感應原理，將機械能轉換為電能。當線圈在磁場中旋轉時，磁通量發生變化，產生感應電動勢，從而產生電流。
2. 變壓器
變壓器利用電磁感應在兩個線圈之間傳遞能量，可調節電壓的高低。主要用於電力傳輸和分配。
3. 電磁爐
電磁爐利用電磁感應在鍋具底部產生渦電流，電流的熱效應加熱食物，具有高效率和安全性。
4. 無線充電器
無線充電器通過電磁感應實現能量的非接觸式傳輸，為電子設備充電。
問題 7：
發電機是如何利用電磁感應原理產生電流的？
解題策略：
回憶發電機的結構和工作原理，特別是線圈和磁場的相對運動。
問題 8：
為什麼電磁爐只能加熱金屬鍋具，而玻璃或陶瓷鍋具無法加熱？
解題策略：
考慮電磁感應需要導體才能產生感應電流。
問題 9：
無線充電器是如何利用電磁感應為設備充電的？
解題策略：
思考無線充電器中發射端和接收端如何互動。
4.2.5 電流磁效應和電磁感應的比較
電流磁效應和電磁感應是電磁學中兩個重要的現象，它們之間有著密切的聯繫和區別：
- 電流磁效應：電流產生磁場，揭示了電產生磁的現象。
- 電磁感應：磁場的變化產生電流，揭示了磁產生電的現象。
- 相互關係：這兩個現象互為反向過程，組成了電磁相互作用的完整理論基礎。
透過比較，我們可以更深入地理解電與磁之間的相互轉換和影響。
問題 10：
電流磁效應和電磁感應的主要區別是什麼？
解題策略：
回憶兩個現象的定義，思考它們的因果關係。
問題 11：
為什麼說電流磁效應和電磁感應互為反向過程？
解題策略：
考慮兩個現象的本質和相互轉換關係。
問題 12：
試舉例說明電流磁效應和電磁感應在實際應用中的結合。
解題策略：
思考哪些裝置同時涉及電和磁的相互作用。