中文 | English

密不可分的電與磁+簡單自製喇叭——《 Penny 老師教你創意玩科學》

編按:要當 maker,基礎科學原理當然是基本配備,這個月的新書《 Penny 老師教你創意玩科學》剛好談到許多 maker  常會運用到的科學原理,而且根本就是 maker 作品呀!小編只好硬是跟美女 Penny 老師拜託,選用她的書來跟大家一起理解基礎電學原理。

文/Penny 老師 陳乃綺

電與磁

電是我們現今生活中不可缺少的能源之一,而國中理化中, 電學也是非常重要的一個單元,且常常會隨著磁一起出現,尤其電化學的氧化還原與電磁的原理更是必考的內容。電化學是討論電在化學上的應用,包括電池、電鍍、電解、 蝕刻等;而電與磁之間可謂密不可分,像早期映像管的電視就會利用帶電粒子在磁場中轉彎。

有我也有他!密不可分的電與磁

在以前科學家研究電和磁時,兩者是互不相干的,電是電,磁是磁,直到丹麥的物理學家厄斯特,他在一次上課的時候,無意中發現通電導線附近的指南針發生偏轉,才開始研究,最後發現了電與磁之間,密不可分的關係。

電流愈大,磁場愈大

電流磁效應是描述通電導線附近會產生磁場,後來經過科學家必歐與沙伐的實驗,發現了磁場大小和電流強度以及距離導線的遠近有關,當電流愈大或距離導線愈近,磁場的強度也會愈大。後來經過科學家安培研究,得到了導線通電時的磁場方向。

 

鐵釘也可以變磁鐵

電磁鐵

一般來說以導線所製造出來的磁場並不大,我們可以在螺線管中加入可磁化的鐵釘,鐵釘被螺線管的磁場磁化後變成磁鐵,這種用電製作出來的磁鐵, 我們稱為電磁鐵,電磁鐵可以用來吸引鐵磁性的金屬或是磁鐵。許多汽車回收場便是利用強力的電磁鐵來搬運車輛。

鐵釘的磁化

一般可以被磁鐵所吸引的東西我們稱做鐵磁性物質,簡單來說,可將鐵釘的內部視為一個個的小磁鐵,在原本雜亂的分布下,磁性互相抵消,所以沒有磁場存在。但在外部磁鐵靠近時,鐵釘內部會因為磁性相吸,讓原本雜亂分布的小磁鐵重新排列,如此一來鐵釘就帶有磁性了。

自從電流的磁效應發現之後,就有科學家開始思考,既然電可以生磁, 那究竟磁可不可以生電呢?這一研究,過了將近 10 年,才由科學家法拉第發現了磁生電的現象。

 

電生磁,磁也可以生電嗎?

自厄斯特發現了電流磁效應後,許多科學家便猜想著磁生電的可能,在 10 年的研究中,法拉第試過了各種的方法,利用了各種磁鐵,改造了各種線圈,某一次實驗失敗後,他忍不住將磁鐵亂丟,而這磁鐵剛好掉進一個線圈當中,此時,他注意到線圈上的檢流計指針發生了偏轉,於是他便發現了,在線圈中如果磁場大小發生變化,線圈就會產生電流。

磁鐵靠近時,線圈內的磁場變大。

磁鐵遠離時,線圈內 的磁場變小。

之後,科學家冷次解釋了電磁感應中,電流所產生的方向。在電磁感應中,線圈會抵抗磁鐵所帶來的磁場變化,比如當磁鐵 N 極靠近時,線圈為了抵抗,產生感應電流,而感應電流所造成的磁場方向就是去抵抗 N 極的方向,再藉由安培右手定則,我們便可以知道電流的流向。

線圈為了抵抗 N 極的靠近,會產生感應電流,製造磁場去抵抗。

當 N 極要遠離時,線圈為了抵抗 N 極離開,便會產生感應電流,產生 S 極去吸引 N 極。


科學好好玩:自製喇叭

為什麼小小箱子卻可以把聲音放大?

喇叭的基本元件是線圈、磁鐵和震動膜,透過輸入電子訊號,使線圈和磁鐵產生交互作用,並帶動震動膜來發出聲音。

 

線圈通電時會產生磁場,所 以當線圈通交流電時,會產 生不停變換的磁場。

若是有磁鐵在此線圈旁邊, 線圈產生的磁場會跟磁鐵一 下子相吸,一下子相斥,不 斷的來回震動。

喇叭 ( 揚聲器 ) 裡面有震動 膜片黏在線圈上,隨著線圈 一起做震動。

震盪中的膜片會擠壓附近的 空氣,使空氣一起振動進而產生聲音。

 

 

 

實驗材料

1. 線圈

2. 紙杯兩個

3. 音源線

4. 強力磁鐵

5. 保麗龍膠

6. 雙面膠

7. 剪刀

實驗步驟

1 將線圈兩端接上音 源線。

2 將線圈黏在紙杯底 部。

3 剪下另外一個紙杯的底 部,黏上強力磁鐵。

4 將紙杯放在磁鐵上面,但線圈不要碰到
磁鐵。

5 將音源線接手機,放出音樂,聽 聽看有沒有聲音?


生活小教室:原理不同,效果一樣

麥克風的原理剛好與喇叭相反,是將聲音訊號轉成電子訊號,當聲波進入動圈式麥克風後,震膜受到聲波影響,會帶著線圈在磁鐵的磁場中來回振動,透過電磁感應,轉換成電磁訊號。

 

(本文轉摘自《Penny 老師教你玩創意科學》,Penny 老師 陳乃綺 著)

分享到社群

vMaker編輯部

歡迎各界朋友投稿你的maker故事,不論是個人作品、創客觀點或是創客的經驗分享,我們都十分期待能聽到您的分享。 投稿請至:contact@vmaker.tw