Recommended
More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Similar to 2020 CH9 電磁感應
Similar to 2020 CH9 電磁感應 (20)
More from 阿Samn的物理課本
More from 阿Samn的物理課本 (20)
Recently uploaded
Recently uploaded (10)
2020 CH9 電磁感應
- 1. 9-1 電磁感應實驗 9-2 法拉第電磁感 應定律 Can a magnet produce electricity?
- 3. 電磁感應的發現 • 1830年 • 亨利並未立刻把他 的發現寫成論文發 表。 約瑟·亨利 通電瞬間 產生偏轉 檢流計 From Wiki 馬蹄形電磁鐵 纏繞著線圈的鐵棒
- 4. • 1831年，法拉第也發現「磁變成電」的現象。 • 當開關S關閉或打開的瞬間。 • 使得A線圈內磁場發生變化- 瞬間變強 或 瞬間變弱。 • 瞬間，封閉線圈B就會產生電流，但又立刻消失。 From Wiki From 南一課本 電磁感應 應電流 電磁感應的發現
- 11. • 一封閉線圈所圍面積中的磁力線數發生變化，產生應電流 電磁感應 應電流 應電流的方向？ 定量的數學方程式？ 法拉第對電磁感應的解釋 From Wiki From 南一課本 封閉線圈所圍面積中的磁力線數？
- 12. 磁場強度, B 封閉線圈所圍面積中的磁 力線總數 怎麼計算？ 磁場強度B 線圈 面積 A磁通量, 𝜱𝜱𝑩𝑩通過線圈的磁力線總數 𝜱𝜱𝑩𝑩 = 𝑩𝑩 ⋅ 𝑨𝑨 磁場方向 垂直 線圈面 單位:韋伯,Wb 𝟏𝟏 𝐖𝐖𝐖𝐖 = 𝟏𝟏 𝐓𝐓 ⋅ 𝐦𝐦𝟐𝟐 磁場強度B又稱為磁通量密度 𝟏𝟏 𝐓𝐓 = 𝟏𝟏 𝐖𝐖𝐖𝐖/𝐦𝐦𝟐𝟐 磁通量 Magnetic flux 磁力線數密度
- 13. 磁場線的方向不垂直線圈面 磁通量？ 引入投影的概念 取垂直B方向的投影面積 𝑩𝑩 ⋅ 𝑨𝑨𝐜𝐜𝐜𝐜𝐜𝐜𝜽𝜽 𝐀𝐀 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 磁通量, 𝜱𝜱𝑩𝑩 = = 𝑩𝑩 ⋅ 𝑨𝑨 𝑨𝑨 方向：線圈面的法向 𝜽𝜽 磁場方向與線圈法向的夾角 𝑨𝑨 𝑩𝑩 𝜽𝜽 線圈面的投影面積 線圈 𝐀𝐀 ⋅ 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄 𝜽𝜽 磁通量 Magnetic flux
- 16. 引入感應電動勢的概念 不是封閉迴路時雖有感應電動勢 的存在，仍不能產生應電流 電流 磁場 通電瞬間 應電流 B A 由感應電動勢造成 建立數學方程式 感應電動勢 諾伊曼 →應電流→應電場感應電動勢
- 17. 磁通量 增加 • 修正冷次定律的敘述 N S • 採納磁通量 概念 線圈產生的應電流方向， 磁鐵 靠近 感應 磁場 應電流 馬克士威 線圈與磁鐵之間有相對移動時， 應電流的方向，是使線圈產生 的磁場阻止其相對運動。 使其所產生的感應磁場，能夠反抗線圈 中的磁通量變化。 法拉第電磁感應定律 原始
- 18. • 將諾伊曼建立的數學方程式，改用磁通量描述 • 線圈產生的感應電動勢, 𝜺𝜺，等於線圈內磁通量𝜱𝜱𝑩𝑩隨 時間𝒕𝒕的變化率 |𝜺𝜺| = | 𝚫𝚫𝜱𝜱𝑩𝑩 𝚫𝚫𝒕𝒕 | •整合冷次定律： 𝜺𝜺 = − 𝐥𝐥𝐥𝐥 𝐥𝐥 𝚫𝚫𝒕𝒕→𝟎𝟎 𝚫𝚫𝜱𝜱𝑩𝑩 𝚫𝚫𝒕𝒕 單位: 𝐖𝐖𝐖𝐖 𝐬𝐬 = 𝑻𝑻 ⋅ 𝒎𝒎𝟐𝟐 𝒔𝒔 = 𝐉𝐉 𝐂𝐂 = 𝐕𝐕 感應電動勢產生的應電流，其所產生的磁場 能夠反抗線圈中的磁通量變化 法拉第電磁感應定律 馬克士威
- 19. 冷次 馬克士威諾伊曼 瞬時感應電動勢 1831年，法拉第發現「磁變成電」的現象 1855年，馬克士威寫出完整數學方程式 N匝𝜺𝜺 = − 𝐥𝐥𝐥𝐥 𝐥𝐥 𝚫𝚫𝒕𝒕→𝟎𝟎 𝚫𝚫𝜱𝜱𝑩𝑩 𝚫𝚫𝒕𝒕 𝜺𝜺 = −𝑵𝑵 ⋅ 𝐥𝐥𝐥𝐥 𝐥𝐥 𝚫𝚫𝒕𝒕→𝟎𝟎 𝚫𝚫𝜱𝜱𝑩𝑩 𝚫𝚫𝒕𝒕 法拉第定律
- 20. 長直導線在磁場中運動產生的電動勢 均勻磁場 v 𝜀𝜀 = lim 𝛥𝛥𝛥𝛥→0 𝛥𝛥𝛷𝛷𝐵𝐵 𝛥𝛥𝛥𝛥 以速度 v 向右運動 𝑥𝑥 = 𝑣𝑣 ⋅ Δ𝑡𝑡移動距離 L 𝑥𝑥 封閉線圈增加的面積 ΔA = 𝐿𝐿 ⋅ 𝑥𝑥 = 𝐿𝐿 ⋅ 𝑣𝑣 ⋅ Δ𝑡𝑡 封閉線圈 磁通量增加 𝛥𝛥𝛷𝛷𝐵𝐵 = 𝐵𝐵 ⋅ ΔA= 𝐵𝐵 ⋅ 𝐿𝐿𝐿𝐿Δ𝑡𝑡 = 𝐵𝐵 ⋅ 𝐿𝐿𝐿𝐿Δ𝑡𝑡 𝛥𝛥𝛥𝛥 = 𝐵𝐵 ⋅ 𝐿𝐿𝐿𝐿
- 21. 長直導線在磁場中運動產生的電動勢 • 一長度為 L 的一段導線，在一均 勻磁場 B 中，以速率 v 垂直切割 磁場時，所產生的感應電動勢的 大小 𝜀𝜀 = 𝐿𝐿𝑣𝑣𝑣𝑣
- 23. 漏電斷路器 Ground fault interrupter,GIF • 具有一個感應線圈， • 當漏電時候，電流產生變化
- 24. 超導量子干涉儀器 Superconducting Quantum Interference Device • 原理 • 超導線圈於超導態時對外在磁場的改 變會有相對應的電流變化此種變化較 一般磁性物質都來的靈敏，因此可利 用來感測外部磁場的變化。 • 結果 • 樣品若對磁場有所感應，則會對週遭 的磁場產生影響 • 這種影響可由超導線圈的電流變化得 知，進而得知樣品的磁特性。 實驗用的SQUID 淡江大學實驗室
- 25. 腦磁波MEG • 根據法拉第定律─電生磁，腦部神經細 胞興奮時會產生腦電流，同時合併有腦 電位變化及腦磁場。 • 大家較熟悉的腦電圖(EEG)就是藉由記 錄腦電位變化，以探討神經興奮現象 • 由腦部神經元活動產生的腦電位變化傳 出到頭皮表面的過程，會受腦脊髓液、 頭骨及頭皮等組織所阻擋而減弱
- 26. 腦磁波MEG • 腦磁波儀是利用大腦神經細胞活化時所產生 電位及磁場變化的原理 • 透過超導線圈（Superconducting Quantum Interference Device,簡稱 SQUID）量測神經元活化所產生的微弱磁場 變化。 • 利用這個儀器極佳的定位功能，以及量測腦 神經動態活動的能力 台北榮民總醫院教學研究部 整合性腦功能實驗室
- 32. 電磁感應的應用-金屬加熱
- 33. 電磁感應的剎車系統/產電系統
- 37. 9-3 發電機與交流電
- 42. 交流發電機原理 線圈的磁通量 產生變化 產生 感應電動 勢 場磁鐵 集電環 線圈(電樞) 置於 磁場中的 線圈，藉由外 力旋轉 產生 應電流 力學能 轉成 電 能 Serway 普物教材
- 44. 交流發電機的感應電動勢 O’ O S’ S 𝐵𝐵 𝑨𝑨線圈面積為A 線圈法向量 均勻磁場 角速度𝜔𝜔 t=0， 線圈法向量與磁場 方向平行 𝜃𝜃 = 0 = 𝐵𝐵𝐵𝐵 磁通量, 𝛷𝛷𝐵𝐵 = 𝐵𝐵 ⋅ ⃑𝐴𝐴
- 45. 交流發電機的感應電動勢 O’ O S’ S 𝐵𝐵 線圈面積為A 線圈 法向量 均勻磁場 角速度𝜔𝜔 t秒， 線圈法向量與磁場 方向 夾角 𝜃𝜃 = 𝜔𝜔𝜔𝜔 = 𝐵𝐵𝐵𝐵 cos(𝜔𝜔𝜔𝜔) 磁通量, 𝛷𝛷′𝐵𝐵= 𝐵𝐵 ⋅ ⃑𝐴𝐴 𝐵𝐵 𝑨𝑨 𝜃𝜃 𝑨𝑨
- 46. 交流發電機的感應電動勢 O’ O S’ S 𝐵𝐵 線圈面積為A 線圈 法向量 均勻磁場 角速度𝜔𝜔 轉動過程中，B與A 是不變的，只有角 度改變 𝜃𝜃 = 𝜔𝜔 ⋅ 𝑡𝑡 = 𝐵𝐵 ⋅ 𝐴𝐴 ⋅ cos(𝜔𝜔𝜔𝜔)𝛷𝛷′𝐵𝐵 𝑨𝑨 = 𝐵𝐵 ⋅ 𝐴𝐴𝛷𝛷𝐵𝐵 𝜀𝜀 = − lim 𝛥𝛥𝛥𝛥→0 𝛥𝛥𝛷𝛷𝐵𝐵 𝛥𝛥𝛥𝛥 依據法拉第定律可以 寫出：
- 47. 交流發電機的感應電動勢 O’ O S’ S 𝐵𝐵 線圈面積為A 角速度𝜔𝜔 𝑨𝑨 𝜀𝜀 = − lim 𝛥𝛥𝛥𝛥→0 𝛥𝛥𝛷𝛷𝐵𝐵 𝛥𝛥𝛥𝛥 依據法拉第定律可以 寫出： = − lim 𝛥𝛥𝛥𝛥→0 𝐵𝐵𝐵𝐵 ⋅ [cos𝜔𝜔(𝑡𝑡 + 𝛥𝛥𝛥𝛥) − cos𝜔𝜔𝜔𝜔] 𝛥𝛥𝛥𝛥 𝜺𝜺 = 𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩𝑩 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔 𝒔𝒔(𝝎𝝎𝝎𝝎) 線圈有N匝 𝜺𝜺 = 𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔 𝒔𝒔(𝝎𝝎𝝎𝝎)
- 48. 交流發電機的感應電動勢 𝐵𝐵 時間t𝑇𝑇3𝑇𝑇/4𝑇𝑇/2𝑇𝑇/4 𝜃𝜃 = 𝜋𝜋 2 𝜃𝜃 = 𝜋𝜋 𝜃𝜃 = 3𝜋𝜋 2 𝜃𝜃 = 0 𝜃𝜃 = 2𝜋𝜋 −𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝑨𝑨 →交流電𝜺𝜺 = 𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵𝑵 ⋅ 𝒔𝒔𝒔𝒔 𝒔𝒔(𝝎𝝎𝝎𝝎)
- 50. 發電機與電動機（馬達）的比較 發電機 電動機（馬達） 功用 力學能轉換成電能 電能轉換成力學能 主要的構造 場磁鐵、電樞、集電環或換向器、電 刷 場磁鐵、電樞、換向器、電刷 種類 可輸出交流或直流兩種電流 輸入直流電源 （若使用交流電源，須先整流） 原理 電磁感應 （由磁通量的變化產生應電流） 電流的磁效應（載電流導線在穩定磁 場中受磁力作用） 方向的判斷 由冷次定律以決定應電流的方向 由右手開掌定則決定電樞轉動的方向 相關的公式 𝜀𝜀 = 𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔sin𝜔𝜔𝜔𝜔 = 𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔𝜔sin𝜃𝜃 𝜏𝜏 = 𝐼𝐼 𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼sin𝜃𝜃
- 51. 9-4 變壓器
- 52. 常見的變壓器
- 53. 變壓器 transformer 在主(原)線圈輸入 交流電 時，將 產生隨時間變化的磁通量 V1 = −N1 𝛥𝛥𝛥𝛥 𝛥𝛥𝛥𝛥 在副線圈輸因軟鐵心傳遞隨時間變 化的磁通量 V2 = −N2 𝛥𝛥𝛥𝛥 𝛥𝛥𝛥𝛥 𝑉𝑉1 𝑉𝑉2 = 𝑁𝑁1 𝑁𝑁2 兩式相除 主線圈 副線圈 軟鐵心
- 54. • 電流在金屬導線，產生熱效應而浪 費電能 • 故利用變壓器升高電壓減小電流， 減少能量損耗。 • 變電所主要設備為功率極高的變壓 器以及安全防護裝置 台電官網 電力傳輸
- 55. 輸送電能的模式 𝑷𝑷𝟎𝟎 = 𝑽𝑽𝟎𝟎 𝑰𝑰 𝑷𝑷𝑹𝑹 = 𝑰𝑰𝟐𝟐 𝑹𝑹 https://www.123rf.com/photo_55111262_stock-vector-hydro-power-plant-3d-isometric-electricity-concept-energy-electric-alternative-hydroelectric-hydro-t.html 電廠供電功率用戶的耗電功率 傳輸線消耗的功率 𝑷𝑷𝟎𝟎 = 𝑷𝑷𝑹𝑹 + 𝑷𝑷𝒇𝒇 𝑽𝑽𝟎𝟎 𝑰𝑰 = 𝑰𝑰𝟐𝟐 𝑹𝑹 + 𝑽𝑽𝒇𝒇 𝑰𝑰 輸出電壓𝑽𝑽𝟎𝟎 ↗ 輸出電流 𝑰𝑰 ↙ 𝑷𝑷𝑹𝑹 = 𝑰𝑰𝟐𝟐 𝑹𝑹 ↙ 定值 高壓電↗ 𝑷𝑷𝒇𝒇 = 𝑽𝑽𝒇𝒇 𝑰𝑰 2018 CH7高三選修物理 電流55
- 57. 9-5 電磁波
- 58. 馬克士威電磁理論 • 電荷會產生電場 • 電流會產生磁場、磁單極不存在 • 磁場變化時候，會產生電場 • 電場變化時候，也會產生磁場 馬克士威綜合了有關電與磁的 庫倫定律、安培定律以及法拉 第定律
- 59. 馬克士威電磁理論 馬克士威綜合了有關電與磁的 庫倫定律、法拉第定律以及安 培定律 Half-wave antenna ,FromWiki 可由 加速度運動的電荷 或 不穩定的電流 造成電場與磁 場振盪，並產生的擾動現象 電磁波
- 60. From EAMIN 軟體 馬克士威電磁理論 馬克士威綜合了有關電與磁的 庫倫定律、法拉第定律以及安 培定律 可由 加速度運動的電荷 或 不穩定的電流 造成電場與磁 場振盪，並產生的擾動現象 電磁波
- 61. A half-wave dipole antenna r 電磁波的證實 • 1888年赫茲(Heinrich Hertz)以實驗證實電磁波的存在。 • 電流振盪裝置產生電磁波，並且驗證有反射、折射、干涉、繞射性質。 http://www.oebv.at/sixcms/media.php/229/36-02.jpg Half-wave antenna ,FromWiki
- 62. A half-wave dipole antenna r 電磁波的證實 • 1888年赫茲(Heinrich Hertz)以實驗證實電磁波的存在。 • 電流振盪裝置產生電磁波，並且驗證有反射、折射、干涉、繞射性質。
- 63. A half-wave dipole antenna r 電磁波的證實 • 1901年馬可尼成功傳送無線電橫越大西洋，開啟電磁波在通訊的應用。 Half-wave antenna ,FromWiki
- 65. 電磁波波譜 EM Spectrum 微波：頻率約介於109 Hz至1012 Hz之間 https://sites.google.com/site/chempendix/em-spectrum
- 66. 電磁波波譜 EM Spectrum 可見光：頻率約介於4×1014 Hz至7.5×1014 Hz間，可為所 見而得名俗稱為光。 https://sites.google.com/site/chempendix/em-spectrum
- 67. 電磁波波譜 EM Spectrum https://sites.google.com/site/chempendix/em-spectrum 紫外線ultraviolet：頻率 約介於7.5 × 1014 Hz至3.0 × 1016 Hz，可引起光化學 反應，又稱為化學線。
- 68. 電磁波波譜 EM Spectrum https://sites.google.com/site/chempendix/em-spectrum X射線：頻率約介於3 × 1016 Hz至3 × 1019 Hz間，通 常由高電壓之氣體放電管 中產生。 可穿透肌肉、黑布，但無法穿 透厚金屬板。 除了醫療診斷之外，因波長接 近晶體內的原子間距，故常用 於研究晶體或原子的結構。
- 69. X-ray –CT Scanner X光 在醫療領域的應用 wikimedia.org
- 71. 電磁波波譜 EM Spectrum γ射線：頻率高於1020 Hz 者，通常由放射性元素 中射出，是波長最短的 電磁波。
- 72. Gamma Knife • 加馬刀為利用201顆鈷-60加馬射源， 集中光束直接照射於腦內病灶予摧毀， 由於其精準度很高--小於0.5 mm，有 如手術刀之精準，故稱做加馬刀。
- 73. Gamma Knife
- 74. Thank for Contoso Ltd. https://mysecretpark.blogspot.com/ your attention 參考資料 陈玉芳，物理學史簡明教程 郭奕玲，沈慧君，物理學演義 維基百科 高三選修物理課本，99課綱 DeltaMOOCx