看見看不見的電流！線圈引發的神秘相位差之謎
我是科學訓練師桑子研。每天都在做實驗。
你知道嗎？電流和電壓其實存在著「時間上的差距」嗎？
從插座流出的電，大家有沒有想過，其實在看不見的地方，電壓和電流有時候並不是同步前進，而是會出現「錯開」的情況呢？平常我們習以為常使用的電，其實本質上是一種不斷像波浪一樣上下變化流動的「交流電」。而這些波動的時間節奏，會因為不同的電子元件而產生細微的差異，有時錯開，有時又剛好重合。
這一次，我利用感測器（イージーセンス）把平常看不到的電流「隱藏動作」呈現在眼前，實際觀察電壓與電流之間的關係。
在這次實驗中，我測量了交流電壓加在線圈上時，電流和電壓之間的相位差。測量時間設定為500ms，取樣率設定為1000，是非常細緻的設定（現在回頭想想，如果設定成100ms左右，可能更容易看清楚波形的變化）。首先請看看下面這段影片。
在圖表中，紅色代表電壓，藍色代表電流。
先從基礎開始：電阻的情況下，兩者完全同步
首先，來看看交流電流通過電阻（レジスター）時的情況。
從這張圖可以看出，紅色的電壓波形和藍色的電流波形，幾乎像雙胞胎一樣完全重疊，同時移動。不管是波峰還是波谷，時間點都完全一致。
這是因為電阻這個元件的作用比較單純，它只是阻礙電流流動而已。當電壓上升時，電流也會在同一瞬間跟著上升，可以說兩者之間是非常直接的關係。
換成線圈後情況完全不同！電壓先出發，電流慢一步跟上
但是，當我們把同樣的交流電壓加在線圈上時，卻會看到完全不同的現象。
仔細觀察這張圖，可以發現電壓的波峰會先出現，接著電流的波峰才慢慢追上來。
這就像玩鬼抓人一樣，電壓先跑出去，而電流稍微晚一點開始追趕。
這個「延遲」的大小，剛好是90度。也就是說，從電壓達到最大值的時間點開始，經過四分之一個週期後，電流才達到最大。
為什麼只有線圈會讓電流延遲呢？
這個奇妙現象的背後，和線圈特有的性質有關。
當電流流過線圈時，線圈周圍會產生磁場。而像交流電這樣持續變化的電流，也會讓磁場跟著不斷改變。
這時，線圈本身會產生一種「阻止電流變化」的作用，也就是自感應現象。
這就像是電流前進時遇到了一個煞車。當電壓想要說「來吧，電流快增加！」時，線圈產生的反方向電動勢（反電動勢）會阻礙電流的變化，所以電流沒有辦法立刻跟上，而是稍微延遲後才開始增加。
這個「慢半拍」的特性，最後就以我們看得見的90度相位差呈現出來。
這個特性，其實在生活周遭到處都能發現
線圈的這種特性並不只是實驗室中的現象。
例如螢光燈的安定器、變壓器、馬達、喇叭，以及智慧型手機的無線充電等，生活中有許多電器都使用了線圈。
在這些設備裡，有些會巧妙利用電壓與電流之間的時間差（相位差），有些則會想辦法降低因為這種偏移造成的能量損耗，藉此支撐我們每天的生活。
平常看不到的電世界，如果透過感測器轉換成圖表，就會發現電壓和電流這兩位主角，就像跳舞一樣，一邊配合、一邊錯開節奏，共同運作著。
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