電磁學

磁性物質（Ⅰ）–反磁性、順磁性（Magnetic Material–Ⅰ）
國立臺灣師範大學物理系李聖尉碩士生/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

物質的磁性起源於物質內原子磁矩間之排列或交互作用所形成之巨觀現象，而原子磁矩主要來自三個原由：

1. 電子軌道（Orbital）磁矩：電子繞原子核公轉所產生的磁矩。
   
2. 電子自旋（Spin）磁矩：電子內稟所產生的磁矩。
   
3. 原子核磁矩 : 原子核內稟或相對電子公轉運動所產生的之磁矩，但原子核磁矩之值很小，相較於電子磁矩而言，可被忽略。
   

有趣的電磁感應發電機〔垂直型〕
台中市立長億高級中學物理科林宣安老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

壹、前言

當教到電磁感應單元中的「磁能生電嗎？」時，要能引發學生的興趣，我們可以運用科學史，要學生閱讀《電學之父：法拉第的故事》(張文亮，1999)；或者分段講述法拉第如何研究電磁的精彩故事給學生聽。

三用電錶（Multimeter）
台中縣縣立中港高級中學物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

所謂三用電錶，其實真正的名稱應為多用電錶(multi-meter)，或稱為多用測試器(multitester)，也可稱為伏特/歐姆計(volt/ohm meter，VOM)。它是一種電子儀器可以用來測量電流、電壓和電阻。依據顯示的不同，它也可以分為兩種：類比式與數位式(簡稱為DMM或DVOM)。

上圖為數位式三用電錶。

步進馬達 (stepper motor)
國立彰化高級中學物理科劉翠鵑老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

1923年，英國人詹姆斯（James Weir French）發明三相可變磁阻型（Variable reluctance）步進馬達，簡稱「步進馬達」。步進馬達是脈衝馬達的一種，將直流電源透過數位IC處理後，變成脈衝電流以控制馬達。而且馬達旋轉一圈分成數等分（數步），可使角度的控制更為精密。

力線（Field line）與場（Field）
國立彰化高級中學物理科劉翠鵑老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

磁石吸鐵及琥珀摩擦生電等現象早在古希臘時代就開始被研究，但要一直到18世紀，富蘭克林、庫倫、安培等人，研究靜電之間電作用與靜磁之間磁作用，才是電磁學發展的開始。當時，一位想像力豐富的實驗天才，法拉第（Michael Faraday）做了一個簡單的實驗，在白卡紙上灑上鐵粉，並在紙下放一磁極，輕敲卡紙後，鐵屑在磁鐵周圍連成規則曲線，這樣圖線吸引著他，心想著”空間中真的如牛頓所說的，除產生超距力的粒子以外一無所有嗎？”

導線中電子的移動（Electron Mobility）
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳忠城老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

導線中無電場時，由電子傳導的古典模型（classical theory of electrical conduction）的理論得知，導線內自由電子的運動情形猶如容器中的空氣分子作散亂的熱運動，平均動能與絕對溫度 $$T$$ 成正比，常溫（$$27^\circ C$$）下，電子熱運動的平均速率約為 $$10^5$$（公尺/秒）。

電路系統的線性獨立特性（Linearly Independent of Circuitry）
國立台灣師範大學附屬高級中學物理科陳智勝老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

一般的電路分析，我們可以利用等效電阻公式將線路化簡，其中 n 個電阻的串連線路其總電阻為 。 n 個電阻的並聯線路其總電阻為 。再利用歐姆定律 V = IR（V 為電阻兩端的電壓， I 為流經電阻之電流， R 為電阻）即可得到線路各處之電流量值，與各電阻兩端的電壓值。

發電電動兩用機 (Electric motor-generator)
中港高中物理科王尊信老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

所謂發電電動兩用機就是指以直流發電機與直流電動機合體的雙重用途機器，在我們需要電能時，它可以當成發電機；當我們需要力學能時，它可以當成電動機（通常以電扇的形式出現）。它的原始構想是來自於電動機與發電機的主要構造都是電樞、電刷、場磁鐵以及整流子或集電環，因此只要外加開關，分別連接電源或出電路（我們以發光二極體代表）變成作成電動發電兩用機。

圖一、電動發電兩用機設計原理示意圖。藍色與紅色為場磁鐵，中間為電樞，連接到黑色區塊為整流子或集電環，接著為電刷，再連接到外線路。

電動發電兩用機的好處是：在夏天可以把它當作電風扇使用；到了冬天，我們不再需要電風扇，可以利用冬天的季風來發電，提供室內照明之用。甚至在颱風夜停電時，因為電扇不能發揮功能，如果利用颱風的強風，電動發電兩用機可以用來當成緊急照明設備。