關掉開關也停不下來!用感測器捕捉線圈電氣振盪的真相(EasySense V-Hub)

我是科學教練桑子研。每天都是一場實驗。

按下開關的瞬間,電流照理說應該歸零。但實際上,線圈可沒那麼好說話。它就像個死不認輸的傢伙,硬要繼續導電,電壓開始劇烈震盪。這次,我要用感測器把這股「線圈的倔強」視覺化,帶大家看一場精彩的示範實驗。

實驗電路與準備

我用感測器記錄了電氣振盪的過程。先搭好以下電路,讓線圈通電後,突然切斷開關,再用電壓感測器測量此時線圈兩端的電壓變化。使用的儀器是 EasySense V-Hub。

感測器設定如下:手動設定測量時間為 200ms(100ms 也可以),取樣速率設為 2000 左右,並同時指定觸發開始條件。

實驗結果……美麗的波形出現了!

實際動手做之後,請看這支影片:


切斷開關後,電流並沒有馬上歸零——你可以清楚看到,受到線圈的影響,電壓持續在波動。而且那個波形美得讓人驚訝,就像直接從教科書裡跳出來一樣,是漂亮的三角函數曲線。

這就是所謂的「自感應」現象。
當電流試圖急劇變化時,線圈會產生一個反抗這種變化的電動勢,彷彿在大喊:「給我慢慢來!」這個特性來自線圈所具備的電感量(Inductance)。當線圈與電容器組合使用時,就能構成「LC電路」,進而產生電氣振盪——收音機能接收特定頻率,靠的正是這個原理。

在線圈上放鐵塊……週期也跟著變了

在線圈上方放置鐵塊,藉此改變自感量,波形的週期也會跟著出現變化。你有沒有注意到波與波之間的間隔不一樣了?電感量愈大,電氣振盪就愈慢——這就像是比較重的單擺會搖得更慢一樣。原來電的世界裡也有「重量」這種概念,這樣一想,物理是不是突然變得有趣多了?

線圈彷彿有自己的意志——自感應這個現象就是如此奇妙。透過感測器,我們得以將肉眼看不見的電氣振盪,化為有形的波形呈現出來。這絕對是一個值得讓學生親眼目睹的實驗。

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