~ 變壓器變變變 ~ 我變，我變，我變變變！ 現場實驗助教及工作人員：TEAL教學團隊 及 長庚電子系團隊 長庚電子團隊： 銘洋(大四)、小戴(碩二)、明毅(大二)、柏林(大二)、采宭(助理)、美華(助理) TEAL教學團隊： 允慈老師(竹崎高中)、瀀肇老師(明道中學)、 淑卿老師(秀水高工)、嘉盈老師(南投高中)、 玉珊老師(苗栗高中)、 俊緯(虎尾TEAL助理)、志彥(虎尾TEAL助理)、

頂尖對決 這則神秘故事以近代倫敦為背景，這二位男主角分別曾飾演過金剛狼和蝙蝠俠。劇情充滿轉折與懸疑，描寫兩個敵對魔術師的精采生平，兩人因極度對立而展開長達一生的對決，狂熱、欺騙與忌妒讓雙方企圖凌駕另一方，彼此皆不惜身陷危險與致命的後果。 從他們當年還是魔術師新秀時首度相遇，勞勃安吉爾與艾佛瑞波登就成為勁敵，他們的友情競爭逐步轉變成敵意對立，不僅彼此成為生活中的凶狠敵手，更讓他們週遭親友也陷入致命危機。劇情中間穿插特斯拉的發明，以及他和死對頭愛迪生的對抗。 http://memo.cgu.edu.tw/yun-ju/CGUWeb/PhyExp/ExpFilm/ExpFilmPrestige.htm

頂尖對決 特斯拉Tesla(1856~1943) 愛迪生 Edison(1847~1931) 變 交流 直流

變壓器(Transformer) 變 變 變 動 變壓器的原理與構造 為什麼使用交流電才能變壓？ 『變壓』的原理為何？主要用到的定律是什麼？ 為什麼要變壓？ 變 拆解變壓器 變壓器的構造為何？ 咦～課本畫的圖和實際變壓器不相同？！ 變 拆解後之變壓器，可以做哪些實驗？ 接上直流電 接上交流電 瓦時表與馬達，為什麼會 ？ 動 變

變壓器(Transformer) Vs / Vp=Ns /Np 為什麼電力公司輸送過來的電是交流電而不是直流電？ 為什麼使用交流電才能變壓？ 為什麼要變壓？怎麼變？ 『變壓』的原理為何？主要用到的定律是什麼？ 變壓器的構造為何？ 感應電動勢 磁通量變化 1821年，發明第一個電動機 1831年，法拉第感應定律 法拉第 Faraday(1791~1867) 愛迪生 Edison(1847~1931) 特斯拉Tesla(1856~1943) 1879年，發明電燈 1882年，成立愛迪生公司(直流電) 1888年，交流電動機取得專利 1893年，芝加哥博覽會展示交流電 1895年，尼加拉瓜瀑布水力發電廠輸出交流電 Vs / Vp=Ns /Np

史上最早的變壓器～法拉第環 (Faraday’s Ring) 感應電動勢 1821年，發明第一個電動機 1831年，法拉第環(第一個變壓器) 磁通量變化 感應電流 1831年8月29日，法拉第利用一個直徑6吋的鐵環，外面繞著二個銅線圈，其中一個線圈的一端接到伏特電池，另一個線圈則接到電流計。當電池一通電流，電流計上也馬上出現短暫反方向的電流。這個著名的實驗就是史上第一個變壓器。

史上最早的電動機 法拉第 Faraday(1791~1867) 影片：世界上第一個電動馬達 1821年，發明第一個電動機 1831年，法拉第環(第一個變壓器)

法拉第電動機改良版 法拉第 Faraday(1791~1867) 1821年，發明第一個電動機 1831年，法拉第環(第一個變壓器) http://www.youtube.com/watch?v=k7JTyRBfeF4 http://www.youtube.com/watch?v=zOdboRYf1hM&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=Xnxf1WeXxgk&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=EkU_JmtH3PU&feature=related

電動機的相反：發電機 手搖發電

拆解變壓器 穩壓整流變壓器(AC→DC)

變壓器(Transformer)的構造 為了減少鐵心渦流的損耗，變壓器通常不用整塊鐵磁材料作為鐵心，而是用鐵片疊製而成，並且在鐵片兩面塗上絕緣材料。這樣渦流便局限在薄片內流動，從而減小渦流損耗。

整流(交流變直流) 變壓器(交流電變壓) 穩壓整流變壓器(AC→DC) 直流昇壓變壓(DC→DC) 利用線圈的數目不同 法拉第感應定律： 『磁通量變化』產生感應電壓 問題：直流電能不能變壓？

拆解與重組變壓器

變壓～二個圈數不同的線圈 110V → 6V 二個線圈數的比為何？ Vs / Vp=Ns /Np 接上交流電

變壓110V → 6V 加上這條鐵心呢？ 接上交流電

主線圈接上直流電 磁力線示意圖 接上直流電之後，產生磁場 (假設中間鐵心之磁極為N) N S

主線圈接上直流電 磁力線示意圖 (裝有鐵粉的壓克力盒) 接上直流電之後，產生磁場 (假設中間鐵心之磁極為N) N S

N (剉刀) (剉刀立刻帶有磁性) (手上放一個磁鐵) S 接上直流電之後，產生磁場 (假設中間鐵心之磁極為N) N S 接上直流電之後，產生磁場 (假設中間鐵心之磁極為N) N S

將直流電換成交流電 磁力線示意圖 S N N S N S 接上交流電之後，產生時變磁場

將直流電換成交流電 (碰一下立即移去剉刀，可發現剉刀之磁性已去除) N 為什麼磁鐵會一直跳動? (手上放一個磁鐵) S 接上交流電之後，產生時變磁場 接上交流電之後，產生時變磁場

將直流電換成交流電 電磁爐基本原理： 內有線圈， 金屬鍋 利用兩萬赫茲以上的交流電變化， 以電磁感應產生渦電流， 利用渦電流的電流熱效應讓鍋子發熱。 1855年， 佛科(Foucanit,1819~1868)發現渦電流 接上交流電之後，產生時變磁場

磁力線怎麼畫？ 磁力線示意圖 接上交流電之後，產生時變磁場

磁力線怎麼畫？ 磁力線示意圖 磁力線示意圖 接上交流電之後，產生時變磁場

套一個鋁環，為什麼會浮起來？ 解釋 (基本版)： 因為鋁環上有磁通量變化，使得鋁環上有感應電流。(稱為『渦電流』) 渦電流所產生的感應磁場方向和原磁場相反，因此二者互相排斥。 解釋(進階版)： 磁力線示意圖 接上交流電之後，產生時變磁場

再套一個鋁環呢？ 磁力線示意圖 接上交流電之後，產生時變磁場

交流電？ 直流電？ 先把電源關掉，再瞬間打開電源， 為什麼鋁環會跳起來？

瓦時表之原理 鋁盤為什麼會轉？ 夏日炎炎，吹冷氣消暑，但電費可不便宜喔～ 台電公司是怎麼算電費的？ 1824年，法國物理學家阿拉哥(Arago）發現 當銅質或鋁盤旋轉時，吊在上面的磁鐵也會跟著轉起來。 反之，若轉動磁鐵，則吊在上面的圓盤,也會跟著轉起來 接上交流電之後，產生時變磁場

鋁盤為什麼會轉？ 鋁盤移動呢？ 1824年，法國物理學家阿拉哥(Arago）發現 當銅質或鋁盤旋轉時，吊在上面的磁鐵也會跟著轉起來。 反之，若轉動磁鐵，則吊在上面的圓盤,也會跟著轉起來 (感應馬達基本原理) 鋁盤為什麼會轉？ 鋁盤移動呢？ 示意圖，與上圖情境不太一樣 接上交流電之後，產生時變磁場

電動機(Motor馬達) 電動機(馬達)之原理 轉子與定子 電動機(馬達)之分類 (直流馬達) 1852年，發現直流馬達(電動機)與發電機原理之可逆性。 1888年，Tesla 取得感應馬達之專利，西屋公司跟Tesla 買此專利。 1889年，Dobrowlsky 發明三相感應馬達，得到鼠籠型轉子的專利

直流小馬達

感應馬達與鼠籠型轉子 馬達的設計上，除了利用交流電相位的變化以產生變動的磁場外，更可以利用變動的周圍磁場，以感應中間轉子以產生磁場，如此轉子可以不必再纏繞線圈，亦不需有炭刷等構造，而可簡化轉子的構造，如感應電動機（單相和三相）的鼠籠轉子，在積疊的鐵心中穿插銅棒或鋁棒，兩端利用短路環短路變成鼠籠型，經周圍變動磁場感應，產生渦流及磁力而旋轉，如右圖 感應馬達 以線圈繞成的電磁鐵為周圍的磁場， 以感應的方式讓轉子產生渦電流而旋轉。 鼠籠轉子 (為何是斜的？)

鼠籠轉子 將鼠籠型轉子置於變動的磁場中 為什麼會轉？ 1888年，Tesla 取得感應電動機之專利，西屋公司跟Tesla 買此專利。 1889年，Dobrowlsky 發明三相感應電動機，得到鼠籠型轉子的專利

鼠籠轉子 將鼠籠型轉子置於變動的磁場中 為什麼會轉？ 將鼠籠型轉子放置在變壓器上，打開110V的交流電源，移動鼠籠型轉子，若轉子剛好位於變壓器鐵心的正中央，則轉子不轉動。 若轉子位於變壓器中央鐵心與兩邊鐵心之一，打開110V的交流電源，則鼠籠型轉子轉動方向將轉向中央鐵心之方向轉動。 移動鼠籠型轉子(連同木製支架)，在通以110V交流電的變壓器鐵心上的不同位置，觀察籠型轉子轉動方向。

其他種類的馬達 內圈式馬達 外圈式馬達 步進式線圈磁場

親身體驗 實驗後，乾電池請留在桌上 DIY