神奇的電磁感應現象

生活科學趣談

影片2分51秒處的示意圖與2分58秒處渦電流所生的磁場方向都畫錯了。根據冷次定律,渦電流所生的感應磁場之方向「必須反抗磁通量變化的方向」,這樣鋁罐的兩邊才會各自向外噴出,否則若依影片所繪的方向,鋁罐會向內吸入;從「同方向載流導線會彼此相吸」的角度來思考,也能說明其感應電流的方向畫反了。話雖如此,小疵仍然不掩大德,這是一則非常精彩的實驗影片!

這台 Electromagnetic Can Crusher 我曾在2005世界物理年於中正紀念堂展場看過,不曉得是否當時充電時間太短,只看到鋁罐被壓成啞鈴而已^^

工業上有不少應用電磁感應的例子,比如這個感應加熱

最後來聊聊第一則影片4分12秒以後的硬幣縮小術,釋放的能量高到連線圈自己都炸得粉碎(就是第3則影片最後蘋果被炸開的狀況),硬幣則縮成一小團,從這個實驗可以印證牛頓第三運動定律→向外炸飛的線圈 VS. 向內壓擠的硬幣。

CanCrusher2

CanCrusher3

這就如同鋁罐中間會被壓凹的機制。首先利用兩個軟木塞將硬幣夾緊並固定在線圈正中央,軟木塞的作用是防止硬幣扭曲或在收縮過程從線圈中被彈出。當線圈的電流瞬間增大時,若取硬幣邊緣的一小圈面積來探討,由於冷次定律的關係,這一小圈渦電所生的感應磁場必須和小圈內磁通量變化的方向相反,因此在硬幣邊緣處的渦電流方向就與鄰近的線圈電流方向相反。由於兩條反向的載流導線會互斥,因此線圈會被斥離圓心方向,而硬幣邊緣則被壓向硬幣中心。或許有朋友會疑惑於「那麼紅色小圈中,較靠近硬幣中心那個向上箭號的電流要如何解讀?」請試著想像把這個紅色小圈複製後填滿整個硬幣的面積,您就會發現小圈彼此相鄰部位的電流方向是相反的,也就是說整體宏觀的表徵是「只剩下硬幣邊緣的一大圈順時鐘方向的感應渦電流」,於是所有硬幣的邊緣全被壓向硬幣中心。加上感應加熱的機制後,變軟的硬幣就被縮小了!

CanCrusher4