馬達小教室:法拉第定律 ( I )

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介紹了冷次定律,不介紹法拉第定律,感覺不太尊重,因此本篇就來講解一下。

基本上,冷次定律與法拉第定律,其實是同一個現象,就是在描述磁生電,電生磁的交互作用。法拉第著重於其感應生成的電動勢,也就是電壓與電流的表現;而冷次定律則著重於感應磁力的表現。其實在維基百科中,有很詳細的說明,法拉第定律數學式的數學式,其中Ɛ 是電動勢,單位為伏特(V),ΦB是磁通量,單位為韋伯(Wb);而電動勢的方向(公式中的負號)就是由冷次定律提供。

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由維基百科的描述,我們可以很肯定的確認冷次定律與法拉第的關係。但另一項讓人感覺困擾的是"電動勢"一詞,是之前沒有出現過的,但它的單位竟然是伏特(V)。對,您也可以叫它電壓或是電位差。基本上在馬達的世界中,常常會用到電動勢一詞,也許是為了與電力學有點區分,單純的電力系統,都用電壓或是電位差這兩組名詞,但在馬達、發電機等等的電磁學系統中,則會使用電動勢一詞,但實際上都是在描述同一物理量。因此看到電動勢時,不要害怕或苦惱,把它當電壓看待就可以,講電動勢只是比較專業而已。

在筆者學習法拉第定律時,有一個有趣的都市傳說,這點在維基百科也有略為提到,就是法拉第並非第一個察覺到此現象的人。故事是這樣說的,在那個電磁學興盛的年代,某科學家基於科學誠可貴,生命價更高的原則,將實驗裝置隔離在獨立的實驗室內,啟動裝置後,確認安全後才進入實驗室進行觀察。但由於法拉第定律是對磁場瞬間的變化才會有反應,在數學式中才以微分表示。因此科學家進入實驗室後,什麼都沒有!!!

而法拉第是個具備熱血犯難精神的科學家,因此他直接在第一現場,想看看實驗結果,從此名留青史。

當然,這都市傳說可能並不靠譜,但也闡述了法拉第定律很重要的觀念,瞬間磁場的變化量。就是這種特殊的瞬間概念,這在未來的自動控制學當中,演化成了暫態與穩態兩種狀態,來完整的描述物理現象。以口語的說法,家中的電風扇,從一開始打開電源,緩慢的旋轉到最終高速運轉的現象;其中一開始送電的緩慢加速過程,就會被定義成暫態,這時就會有法拉第定律及冷次定律的作用,一但達到穩定的旋轉速度後,就是穩態,此時法拉第跟冷次就消失了。

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