操作過程與現象

最近在YouTube有一部影片被網友廣為分享「World's Simplest Electric Train」（全世界最簡單的電車；見參考資料1），只用強力磁鐵、乾電池、銅線就可以製作出會跑的電聯車。

版主經過實驗，製作方法如下：

1.銅線線圈：到五金行購買直徑1毫米的銅線，再將銅線纏繞為一長條狀的銅線圈（如圖一）。纏繞銅線線圈時，建議在長條的硬質管子上纏繞，以避免扭曲或不平整。注意：銅線纏繞後的中空的口徑大小，要比強力磁鐵的直徑略大。

2.電聯車（電池與強力磁鐵）：取圓形的強力磁鐵四顆（註：厚度較大則二顆即可），分別吸附在4號（AAA）乾電池的兩端，如圖二。注意：兩端的強力磁鐵的磁極方向必須同極相對（N極對N極），亦即互相靠近會排斥。

3.將電聯車（電池與強力磁鐵）放進銅線線圈，結果就會如同火車過山洞，電聯車迅速的穿越銅線圈（如圖三、圖四），而且強力磁鐵使用越多顆，速度會越快喔！

4.電聯車的運動方向和電池正負極、強力磁鐵以及銅線圈的纏繞方向都有關係。如果電聯車放進銅線圈時，電聯車被推出銅線圈，則將整組電聯車換個方向即可；或者(1)將電池的正負極對調；(2)將兩端的磁鐵對調，成為N-S與S-N。

觀賞實驗影片（11.7M） 

除了使用銅線，也可以使用鋁線製作線圈（如右圖），雖然電聯車的行進速度會比較慢（鋁的導電性比銅略差），但是也可以成功喔！使用鋁線的優點是價錢比銅線便宜，一般五金行也有賣比較長的鋁線。不過缺點是由於顏色為銀色，而且圈數必須更密，因此比較不易清楚看到線圈內部的電聯車，降低了趣味性。

玩更大

以上的電聯車只跑了很短的直線距離，如果將銅線線圈製作為較大的圓形，則電聯車就可以一直繞圈圈的運動喔！

製作時較困難的是取得較長的銅線，因為一般五金行販售的直徑1毫米的銅線，長度並不長（通常不到2公尺），纏繞為線圈後，總長度不到20公分，因此必須將數段的銅線線圈銜接起來。如圖五，不同段的線圈以膠帶銜接固定，同時要注意：各段線圈必須互相接觸，以使電流流通，否則電聯車就無法運動了。

另一方面，由於一般3號（AA）或4號（AAA）的乾電池長度較長，很容易在彎曲的線圈中卡住，因此必須使用較短的「5號（N）乾電池」（如圖六），此種電池的電壓也是1.5伏特，比4號電池短了至少1.4公分，但是售價並不便宜，一顆約四十元。

電聯車會運動的主要原因是：磁力的作用。以圖七為例，乾電池的電流由強力磁鐵導引到銅線線圈而構成通路，電流流通（藍色朝上箭頭）產生感應磁場（綠色箭頭）。而感應磁場的磁極方向與電池前端的強力磁鐵（圖左側）同為N極，因此強力磁鐵被排斥而往左邊運動。反之，感應磁場與電池後端強力磁鐵（圖右側）為S-N極，磁鐵被吸引，也是往左邊運動，因此電聯車就往左邊運動了。

上述感應磁場的方向（綠色箭頭），可用「安培右手定則」判斷，並可推知運動過程中，強力磁鐵必須與銅線圈持續保持接觸，以免電流斷路而無法產生感應磁場。另一方面，電池兩端吸附的強力磁鐵越多，會增加磁場之間的作用力，使得電聯車的運動速度也隨之增加。另一方面，常使用於遙控器的12伏特乾電池，雖然長度也較短，但是可能由於電流量（安培數）較小，並無法使電聯車運動。

1.購買強力磁鐵時，務必選購直徑略大於乾電池的直徑，才能確保強力磁鐵可以和銅線線圈保持接觸，電流通路才不會斷掉。不同型號電池的直徑，實測結果如下：3號（AA）14毫米；4號（AAA）10毫米；5號（N）11毫米。

2.使用的銅線如果太細，纏繞完成的銅線線圈會太軟，容易變形扭曲，使得電聯車的運動不順暢。但是銅線越粗，售價越貴，建議以直徑1毫米的銅線製作即可。

3.無論逆時針、順時針，銅線圈只要保持同一方向纏繞即可。重要的是：電池兩端的強力磁鐵必須同極相對。

4.本實驗如果使用於教學，由於成本較高（強力磁鐵、銅線頗貴），例如圖三的組裝就超過二百元，因此建議以小組實驗方式進行，而圖五的實驗則以教師示範方式進行即可。

5.教學上可以指導學生實驗與討論以下問題：(1)為什麼乾電池兩端的強力磁鐵必須為同極相對？(2)其他條件一樣的情形，銅線以逆時針、順時針纏繞，有何差別？(3)電池兩端的強力磁鐵數量，是否會影響電聯車的行進速度？有何差別？

1.YouTube影片：https://www.youtube.com/watch?v=J9b0J29OzAU

2.大人物：http://www.damanwoo.com/node/85612