楞次定律最具代表性的作品：感應電機

楞次定律是以1834年物理學家埃米爾·楞次（Emil Lenz）的名字命名的，他在1834年提出了這一定律指出，在導體中，由變化的磁場感應的電流的方向是，由感應電流產生的磁場與初始變化的磁場相反。這是一個定性定律，它規定了感應電流的方向，但對其大小卻只字不提。Lenz定律解釋了電磁學中許多效應的方向，如電流變化在電感器或導線回路中感應的電壓方向，或在磁場中作用在運動物體上的渦流阻力。

安培定則告訴了我們，電能的流動會產生磁場，因此將線圈通電后，會依照安培右手定則產生N極或是S極的磁場；也就是電能可以轉換產生磁能。 牛頓運動定律中有一個法則稱之為”動者恒動，靜者恒靜”，它描述了一個有趣的物理現象，在物理界中的一切都喜歡維持既有狀態；在動力學中，這種維持既有狀態的能量又稱為電勢能，想要改變既有狀態，則必須施加外來能量的沖擊，且要大于原本電勢能的大小，稱之為平衡。一但突破了平衡，物理的形態就改變了，成為了一種新的既有狀態，就是有個物體不動，處于既有的電勢能狀態，你花了力量推它之后，突破它原有的平衡，一但它開始移動后，移動成為了另一種既有狀態，則還需要有額外的能量來改變它，才會再次改變形態。 將上述兩種物理現象結合后，安培定則及牛頓運動定律，就變成了楞次定律，其產生的基本方式描述如下，將磁鐵接近一組線圈就如同下圖所示，這因物理現象希望這兩物體間能維持前一既有位置關系，當把磁鐵往線圈靠近時，線圈會主動感應排斥力的磁極，好讓兩物體還是能維持相同的距離。反之，若磁鐵是要受到外力影響產生要遠離的力量，則線圈會主動感應出吸引的磁力，好讓兩物體維持相同的距離。

以更白的話說來，就是兩人很有默契地維持同樣的距離，當一方要靠近，則另一方就產生排斥力，不讓你過來；但一方想要離開時，另一方又產生吸引力，想要把你吸回來，這種盡可能維持相同距離的關系，就是牛頓運動定律中的”動者恒動，靜者恒靜”的道理。又由于作用的是磁能與電能間的關系，所以會依賴安培定則，這將這兩者合并所產生出來的電能與磁能的感應關系，就是楞次定律。

楞次定律的解釋實驗中，最有趣的是一種稱之為安哥拉圓盤(Arago’s disk)的實驗，是利用磁鐵帶動鋁盤移動的裝置。實驗一開始會先用磁鐵去吸鋁盤，然而鋁材并不導磁，所以並不會被磁鐵吸附住，當磁鐵于鋁盤上快速移動時，鋁盤就像是被磁鐵吸住而跟著跑一樣，其原因就是楞次定律，因為鋁材雖然不導磁，但會導電，因此磁鐵靠近時，鋁盤為了維持原本的距離關系，需要排斥力作用，而在鋁盤上感應生成了電流，產生磁力。我們已經知道當磁鐵靠近鋁盤，則鋁盤會感應電流產生磁極排斥力。

此時將磁鐵順著鋁盤圓周宜動，則會順著移動方向的前方產生排斥磁極，后方則因此磁鐵要離開，改為形成吸力磁極。

則鋁盤受到感應磁力的作用，而被磁鐵拖著跑，就像鋁盤忽然具有導磁能力，被磁鐵帶著跑的情況一樣。

將安哥拉圓盤(Arago disk)的理論延伸應用，且可說是楞次定律最具代表性的作品，那就是感應電機了。感應電機的名稱取得十分貼切，表明了這類型的電機磁力的產生是依靠感應而來的，但也是因為這感應的作用是需要時間來反應生成的，所以感應電機是一種非同步電機，也就是電源切換的頻率與轉速會有差異，在感應電機中的專業名詞稱為”異步”或“滑差”。 楞次定律其實解釋了發電機的原理，是由磁能狀態的變化，來產生相對應的電能來抵制磁能的變化。也是一種極能代表楞次定律的應用例子。也因此在永磁電機中，當有一外力帶動電機轉子旋轉時，于定子線圈上會量到電壓及電流值，在永磁電機中稱為反電動勢。其實也就是線圈感應到磁鐵接近或離開時，自動感應出電能，想要抵抗磁能變化的能量。

結論 牛頓運動定律也告知”作用力等于反作用力”，也就是兩物體間瞬間要變化的情況越激烈，則產生的抵抗力也就越大。在楞次定律的實驗中可以發現，磁鐵移動的速度越快，則產生的電能就越大，而且移動的速度也就越快；磁鐵選擇磁力越強的，也會產生相同的效果。兩著合并起來解釋就是，單位磁間內磁能變化幅度越大，則感應出的電能亦越大。若要讓永磁電機的極速拉高，則磁鐵的磁力要變小，反電動勢會抵抗輸入電壓，所以要降低反電動勢的電壓值，就必需降低磁能的變化幅度，才能讓電機轉得更快，這原則也造就了弱磁控制的方法，來延伸電機極速范圍。

責任編輯：xj

原文標題：電機如何從楞次定律到反電動勢來實現了的運轉？

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