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高中職組
「不要安於線狀!探討不同感應線圈之形狀在特斯拉線圈周圍功率之分佈」

  • 參賽者:
    • 台南市私立瀛海高級中學(含附中) 林予瀞 同學
    • 台南市私立瀛海高級中學(含附中) 蔡伃瑾 同學
    • 台南市私立瀛海高級中學(含附中) 唐侑成 同學
    • 台南市私立瀛海高級中學(含附中) 王擁翔 同學
    指導老師:
    • 台南市私立瀛海高級中學(含附中) 黃勤展 老師
  • 作品說明

     近年來,無線充電成為科技業兵家必爭之領域,其中與法拉第的電磁感應定律有關:電流通過充電板的線圈,與手機的線圈進行諧振,並且以互感的方式將能量傳遞,完成手機充電。但是我們不禁好奇,手機接受電感的好壞程度與其裝置線圈的參數有無關係?又在不同的距離下,感應充電的功率是否有特殊關係?那我們是否也能透過高壓的變壓器-特斯拉線圈在同樣情況下來提升無線充電效率?本研究以特斯拉線圈之電磁感應為主題,透過市售特斯拉線圈、自製螺線管、數位示波器進行感應實驗,探討在不同管長、管徑、匝數層數下所感應出的最大感應電壓,並利用歐姆定律V=IR和功率公式P=V2/R推導出感應功率。

        實驗發現當電流與電壓同時測量時會相互干擾交流訊號。因此我們使用電壓與測得的電阻與公式P=V2/R,直接推導出功率。經過數據分析之後,感應電壓會與距離成0.7次方反比遞減,而感應功率則與距離成1~1.5次方反比,而且在全部我們所選取參數的螺線管樣本中,他們產生電磁感應的物理量隨距離遞減的趨勢都符合上述的數學關係。

        而對於不同螺線管變因,我們發現形狀小的感應線圈能在相同距離、高度下達到最大的電磁感應功率,同時結果也告訴我們能用更小的經濟成本獲得足量的能量,在未來進行應用。

        此外,我們也利用整流器將感應交流訊號轉換為直流電,接上電線並成使小夜燈發亮。



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