從楞次定律（Lenz's Law）到反電動勢 @ 路昌工業股份有限公司

從楞次定律（Lenz's Law）到反電動勢

安培定則告訴了我們，電能的流動會產生磁場。因此將線圈通電後，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”動者恆動，靜著恆靜”，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位能，想要改變既有狀態，則必須施加外來能量的衝擊，且要大於原本位能的大小，稱之為能障。一但突破了能障，則物理的形態就改變了，成為了一種新的既有狀態。白話的解釋，就是有個物體不動，處於既有的位能狀態，你花了力量推它之後，突破它原有的能障，一但它開始移動後，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，才會在次改變形態。

將上述兩種物理現象結合後，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圖片所示，這因物理現象希望這兩物體間能維持前一既有位置關係；因為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。

以更白話的說來，就是兩人很有默契的維持同樣的距離，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係，就是牛頓運動定律中的”動者恆動，靜者恆靜”的道理。又由於作用的是磁能與電能間的關係，所以會依賴安培定則，這將這兩者合併所產生出來的電能與磁能的感應關係，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，然而鋁材並不導磁，所以並不會被磁鐵吸附住；然而，當磁鐵於鋁盤上快速移動時，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係，需要排斥力作用，而在鋁盤上感應生成了電流，產生磁力。

如下圖中，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，後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，那就是感應馬達了。感應馬達的名稱取的十分貼切，一口表明了這類型的馬達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，所以感應馬達是一種非同步馬達，也就是電源切換的頻率與轉速會有差異；在感應馬達中的專業名詞稱為”滑差”。

楞次定律其實解釋了發電機的原理，是藉由磁能狀態的變化，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。也因此在永磁馬達中，當有一外力帶動馬達轉子旋轉時，於定子線圈上會量到電壓及電流值，在永磁馬達中稱為反電動勢。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。

另外需要注意，牛頓運動定律也告知”作用力等於反作用力”，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。在楞次定律的實現中就可以發現，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；另外就是磁鐵選擇磁力越強的，也會產生相同的效果。兩著合併起來的解釋說法就是，單位磁間內磁能變化幅度越大，則感應出的電能亦越大；其數學符號表示如下，其中Φ為磁能，t為時間。