為什麼放著就能充電?用線圈與磁場揭開無線充電的祕密
我是科學訓練師桑子研，每天都是實驗日！
手機快沒電了！偏偏找不到 Lightning 充電線……就在這個關鍵時刻，如果旁邊剛好有一座無線充電器，是不是會忍不住大喊「得救了！」
不過仔細想想，其實很神奇。明明沒有用線連接，只是把手機放上去，電是怎麼跑進去的呢？
看起來像魔法，但其實背後是約 200 年前發現的物理定律，完全可以用科學來解釋。
一起來看看無線充電器的內部吧
把無線充電器拆開來，裡面藏著一個線圈。
其實手機這一側也有一個同樣的線圈。這是拆開手機之後的樣子。
送電的一端和收電的一端，兩個線圈面對面，無線充電才得以成立。我和實習老師 I 老師一起設計了一堂課，帶大家揭開無線充電的秘密。課堂上有很多讓學生自己動腦思考的環節，我覺得是一堂非常有趣的課。
實驗用到的器材
準備的器材如下。
三用電表、帕斯卡電線（我們就叫它「粗線圈」）、把漆包線綁成一束做成的線圈（我們就叫它「細線圈」），還有電源供應器。
帕斯卡電線是買這一款。
富士電線工業 VCTF 0.3sq×6芯富士電線工業 VCTF 0.3sq×6芯
這次我用的是 6 芯的款式。把它剪成每段 1 公尺，再把兩端的導線接法一條一條錯開，就能做出繞 6 圈的線圈。也就是說，等於把 6 公尺長的導線做成了線圈。
就算通上 3A 的電流也不會發燙，很安全。
想進一步了解帕斯卡電線的話，請看這裡。
做出「送電端」和「收電端」
粗線圈接上電源供應器的直流電，並告訴學生最多可以通到 3A。這就是充電器（送電端）的模型。
另一邊，細線圈接上三用電表，當作手機（收電端）。電表切到直流電流檔，調到能測出微安培（μA）這種超微小電流的範圍。
電流只有「放上去的那一瞬間」才會流嗎？
把細線圈放到粗線圈上面，電流並不會持續流動，只有在放上去的那一瞬間，電表的指針才會動一下，表示有電流通過。我把這個做成示範實驗給學生看。
可是，放上去之後就沒電流，那可不能叫無線充電啊。所以我丟出一個問題：「要怎麼做，才能讓對面的線圈持續有電流？」請學生先提出假設，再實際動手試試看。
學生們的創意挑戰
學生們嘗試了各式各樣的方法。例如，在通有 3A 電流的粗線圈上放著細線圈，上下移動的小組；也有改成水平移動的小組。
此外，還有人旋轉線圈、有人改變移動的速度，每一組都確認到「只要一直在動，電流就會持續流動」。這是因為線圈在動的時候，穿過線圈的磁場一直在變化。
接著，我們在全班面前分享了各組的結果。
大家提出的點子如下：
・把細線圈靠近、再拉遠。
・一直轉動旋鈕（讓電源在 ON 和 OFF 之間切換）
・讓粗線圈在細線圈裡面旋轉。
不過，直接切換 ON 和 OFF 可能會弄壞電源供應器，所以我指定他們用轉動旋鈕的方式來開啟和關閉。
話說回來，真正的無線充電總不可能一直用手拿著手機晃來晃去吧。那麼，如果線圈不動，要怎麼讓磁場持續變化呢？
這就是接下來的新問題。
換成交流電源的話……？
在班上分享想法之後，有人提出「改用交流電」的點子。那就來試試看吧！交流電是電流方向每秒鐘會來回切換好幾十次的電。方向一變，磁場也跟著變，所以就算線圈不動，磁場也能不停地變化。
電壓是 2V。把線圈靠近之後，可以看到電流真的持續在流動。再把電表切換到可以測量交流電流的檔位，會發現流過的電流相當大。
稍微拉開一點距離，電流還是會流。
甚至中間伸一隻手進去，電流照樣流動！磁場可以直接穿過我們的身體，傳到另一頭。
教室裡傳來學生們驚呼「太厲害了吧！」的聲音。
用「磁場」來解釋看看吧
最後，我再次請學生思考無線供電的原理，並特別強調：「要用『磁場』這個詞來說明喔！」學生們一邊苦思，一邊整理自己的想法。
順帶一提，這種電磁感應的原理，不只用在無線充電，電動牙刷的充電、電磁爐、悠遊卡這類交通票卡等等，在我們生活周遭的許多地方都在默默發揮作用。
這是另一個小實驗，我試著用互感現象讓 LED 燈亮起來。
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