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週末去咖啡店時，隨手將手機放在桌面特殊位置的無線充電盤上，你便可放心享受這午後時光；晚餐時間享用火鍋時，轉開電磁爐開關即可加熱食物；美好的一天結束，刷悠遊卡進站搭乘捷運返家；不巧遇到停電，社區大樓的發電機即刻運轉，樓梯間的燈光依舊亮起，帶領你安全地回到溫暖的家。

上述是現代人的日常生活情境，而這些情境中便利的科技產物，其原理都來自於一位19 世紀偉大物理學家的學問。這位科學家雖然沒有機會受到完整的教育，但他研究出的定律與應用，卻深深影響我們對於電和磁的發展──他就是英國物理學家法拉第（Michael Faraday）。

法拉第電磁感應定律與應用

1820 年，丹麥物理學家厄斯特（Hans Christian Ørsted）發現，通有電流的導線會讓附近的磁針偏轉，正式點燃了電磁統一的引信，使得原先認為電與磁各別分離的物理學界，開始研究電磁相互作用。1831年，法拉第用鐵環纏繞兩組線圈，其中一組連接起來並擺在磁針旁邊，另一組線圈則通有穩定電流，藉由電流磁效應（又稱磁生電）使此線圈產生磁場。法拉第反覆研究後發現，只有在接通電流及切斷電流的瞬間，磁針才會來回擺動，因而得到「磁場變化產生電」的結論，稱為「電磁感應」（electromagnetic induction）。

圖一 法拉第電磁感應定律實驗示意圖

法拉第利用鐵環繞兩組線圈，一組擺放在磁針旁，另一組則通過穩定電流，藉由電流磁效應使該線圈產生磁場。法拉第發現，當接通電流及切斷電流的瞬間，磁針會來回擺動，進而發現電磁感應。
 

電磁感應的產生，可以想像成當線圈接收到的磁力線數目產生變化時，線圈就會產生感應電流。嚴謹地說，其原理是指當線圈在單位時間內的磁通量（magnetic flux, Φ_B）發生變化時，線圈便會產生感應電動勢，驅使電子流動形成感應電流：ε=-△Φ_B/△t。而要讓磁通量產生變化，可以運用磁鐵與線圈的相對運動、主副線圈通電的有無，以及載流導體在磁場中的運動等，具有導體切割磁力線的現象時，就會產生感應電流。

磁生電的原理已發展出許多相關應用。舉例來說，家用插座輸出的交流電是一種電流方向與大小隨時間交互改變的電流，運用交流電通入電磁爐產生隨時間不斷週期性變化的磁場，當金屬鍋放上電磁爐時，可想像電磁爐底部是一圈圈的線圈，此時鍋底部產生渦電流，再因電流熱效應加熱食物（圖二）；同理，悠遊卡等電子票券是將無線射頻辨識（radio frequency identification, RFID）標籤埋於感應卡片裡，當卡片靠近進出站的機器時，機器發出隨時間變化的磁場，此時悠遊卡如同線圈發生電磁感應現象（圖三）。……【更多內容請閱讀科學月刊第620期】

圖二：電磁爐運作原理示意圖。電磁爐的底部可視為一圈圈的線圈，開啟時鍋底部會產生渦電流，藉由電流熱效應加熱鍋中的食物。（123RF）



圖三：類似悠遊卡等電子票券是利用無線射頻辨識的方式，將標籤埋於感應卡片中，當卡片靠近機器時，機器會發出隨時間變化的磁場，此時電子票券會如同線圈產生電磁感應現象。（123RF）