鋁片飄浮
電磁爐原理
目的
演示磁場感應電動勢與電流於磁場中的受力效應。
實驗
實驗裝置：電磁爐(induction cooker)，漆包線線圈，發光二極體，鋁箔紙，圓柱紙筒。
- 以漆包線所繞成的線圈兩端接上發光二極體LED(或小燈泡)，於啟動中的電磁爐附近測試電磁爐附近的磁場效應。
×實驗演示1
×實驗演示2
- 將圓柱紙筒立置於電磁爐上。把鋁箔紙中央開一個紙筒可穿過的圓洞，套入紙筒。開啟電磁爐，觀察鋁箔反應。
×實驗演示
- 以絕緣棒將鋁箔紙壓住觀察鋁箔反應。
×實驗演示
原理思考
- 實驗1中LED為何可發亮?
- 實驗2中鋁箔片為何會上下漂浮?
- 何以將鋁箔紙壓住使其不漂浮，會導致其燃燒?
- 鋁箔片燒斷後仍舊漂浮嗎?為什麼?
×原理探究
電磁爐的內部是利用交流電（實例為週期1.5kHz）通過線圈時於周圍產生磁場變化，依法拉利定律(Faraday’s law)此磁場變化於漆包線線圈迴路所產生的感應電動勢可點亮LED.圖為電磁爐內部線圈。- 鋁箔片漂浮導因於鋁箔受到電磁爐的磁場變化而產生感應渦電流(Eddy currents)。依愣次定律(Lenz’s law)此感應電流的方向與電磁爐線圈電流方向相反，而所受到電磁爐磁場所作用的磁力為斥力，故而向上漂浮。待磁力作用小於重力時便向下墜落。（有些電磁爐有防空燒的安全裝置而關閉）
- 鋁箔上感應出的渦電流不斷的來回流動，產生的熱量無法排除，終致燃燒。
- 鋁箔片燒斷後其上的感應電流分布不再與原先相同，不再與電磁爐線圈電流方向相反，故而不再有明顯漂浮現象。
討論
- LED為二極體，只能單向導通。將實驗1的線圈上下相反，LED也會發亮嗎?
- 電磁爐上磁場方向為何?
- 電磁爐一定要用交流電嗎?
- 實驗2中的圓柱紙筒放置若不在中央而在偏一側，則結果如何?
- 電磁爐上方的磁場是由交流電所產生的，那麼電磁爐上方也會有電場嗎?
- 電磁爐會不會輻射電磁波?
- 討論不同的加熱方式與效率。
關於實驗
- 由本實驗得知鋁箔在電磁爐上亦會生熱，但一般電磁爐說明書不建議用鋁鍋，是因鋁比鋼的電阻小10倍以上，所產生的熱效率較差。
- 相同原理作成瞬間大電流的改變，可設計成電磁發射火箭的演示實驗。
- 可同本網站中的實驗E04.下落磁環、實驗E05.感應煞車及實驗E11.磁鐵太空漫步做比較。
參考資料
製作
v.1 曾前助理
指導老師
陳泰利、東吳大學陳秋民教授
撰稿
陳泰利
