不用碰就能讓硬幣倒下,鋁箔竟然會浮起來!? 在家就能玩的渦電流實驗(法拉第桌)
我是科學訓練師桑子研。每天都是實驗日!
「好想跟電影主角一樣,不用動手就能隔空移物喔!」……這種超能力般的願望,其實只要靠科學的力量,現在就能馬上實現!明明磁鐵吸不起來的鋁箔紙竟然會輕飄飄地浮起來?或是轉得超快的陀螺像是撞到「隱形牆壁」一樣瞬間停住?這一切的背後,都藏著一種像透明幽靈般的電力作用,叫做渦電流(Eddy Current)。今天就要用身邊隨手可得的工具,帶大家一起來體驗這種不可思議的「隱形力量」!
不用手指碰,也能讓硬幣乖乖聽話
首先,我們來玩一個像變魔術一樣的實驗。準備好鋁或銅做的硬幣(例如日幣1圓、10圓,或台灣的1元、5元硬幣)和一顆強力磁鐵。鋁跟銅本來是不會被磁鐵吸住的,但神奇的來了:當你把磁鐵靠近硬幣,然後「唰」地一聲快速抽離,硬幣竟然會像被磁鐵勾住一樣跟著倒下!明明不會被吸引的防磁金屬,為什麼會動起來呢?

隔空煞車!鍋蓋、指尖陀螺與地球儀陀螺
接下來,試試看「不接觸」就讓旋轉的東西停下來。把鍋蓋在桌上轉起來,再把磁鐵靠近它……就像踩了煞車一樣,旋轉竟然瞬間停止了!

同樣的道理,轉得飛快的指尖陀螺也能隔空停住。甚至把好幾個精密的地球儀陀螺排在一起轉,磁鐵一靠近就整排整齊停下的樣子,真的超級壯觀。
這些現象都是因為金屬內部產生了渦電流,這種電流會產生一股「唱反調」的磁力,拚命阻止物體繼續旋轉。
鋁箔紙漂浮術:IH爐的魔法
廚房裡的 IH 感應爐,其實就是渦電流的大本營。在 IH 爐上放一張鋁箔紙並打開開關……天啊!鋁箔紙竟然會輕飄飄地往上飛,浮在半空中!

開關一開:

真的浮起來了!鋁箔紙完全沒動過手腳。這是因為 IH 爐內部的線圈產生激烈的磁場變化,讓鋁箔紙感應出強大的渦電流,進而產生互相排斥的力量。至於它為什麼會規律地上下跳動,是因為 IH 爐的保護裝置發現「沒放鍋子」,所以不斷在切換電流啦。
讓磁鐵在鋁管裡上演「慢動作」
最後,我們來做一個會讓人懷疑地心引力的實驗。試著把磁鐵丟進鋁管裡看看吧!
如果把磁鐵丟在管子外面,一閃就掉下去了;但只要把磁鐵丟進管子裡面,它竟然會像電影慢動作一樣,優哉游哉地慢慢滑下去。


磁鐵在管子裡移動時,管壁會感應出渦電流,這股電流產生的磁力會一直「往上拉」阻礙磁鐵掉落。磁鐵磁力愈強,這種「隱形煞車」就愈厲害,掉下來的速度也會慢到讓你驚訝。
話說回來,渦電流到底是什麼?
剛才看到的這些神奇力量,科學上稱為渦電流煞車(Eddy Current Brake)。這可是非常專業且可靠的技術,連新幹線、大型卡車甚至是雲霄飛車的煞車系統都有用到它喔。
簡單來說,渦電流就是當磁鐵在金屬板附近移動時,金屬為了抵消磁場的變化,內部就會像水流一樣產生漩渦狀的電流。
如下圖所示,磁鐵在金屬板上滑行時,前面的部分會拚命擋住磁鐵靠近,後面的部分會拚命拉住磁鐵不讓它走。
利用這個原理,即使是晃得很厲害的線圈,也能讓它瞬間乖乖停住。
追溯這段科學歷史,可以回到 1831 年法拉第發現的電磁感應。他當年發明的「法拉第圓盤」,就是利用磁鐵和旋轉銅盤產生電流,這可以說是現代發電機的老祖宗呢!日本國立科學博物館裡也有這種裝置可以親自體驗喔。

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