1839年，邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 證明，當電池供電時，纏繞在金屬環一側的金屬絲會讓另一側的金屬絲產生感應電流。這種能量的無線傳輸——就像變魔術一樣——從連接到第二個線圈的電流計(一種用來測量電流的設備)讀數的突然增高中，可以被明顯地看到。

圖解：法拉第的裝置

法拉第演示無線能量傳輸的裝置。

在這個證明之前，漢斯·克里斯蒂安·奧斯特(Hans Christian Oersted)已經證明了變化的電場會產生磁場，現在法拉第(Faraday)證明了反之亦然:變化的磁場會產生電場。變化是這裡的關鍵詞:法拉第必須不停地連接和斷開第一個線圈的電池，才能在第二個線圈中產生恆定電流。如果磁場在導線周圍沒有變化或波動，就不會有電場產生，因此也就不會有電流。

法拉第電磁感應定律的公式表達為:

圖解：法拉第電磁感應定律

根據公式, 在線圈中產生感應電動勢ε是由於磁通量的變化率(Δφ/Δt) ，即遍及地區“A”的磁場“B”的變化率。感應電動勢也是線圈的圈數或匝數“N”產生的效果，原因很簡單，匝數的個數決定了磁場穿過電路的次數。然而，負號代表的是什麼呢?

負號象徵著物理學家海因裡希·倫茨（Heinrich Lenz）提出的楞次定律，根據該定律，感應電流的方向是這樣的，即該電流產生的磁場與它賴以存在的磁通量的變化是抵抗的。或者，正如D.J.格里菲思 (D.J. Griffiths)簡單總結的那樣:大自然厭惡變化中的變化。然而，為什麼是這樣的呢?

為什麼楞次定律是正確的

自然並不厭惡或贊同變化中的變化，該意義是深遠的。否則的話，我們就可以造出永動機，這種機器可以在沒有能量來源的情況下永久或無限期地工作，也就是產生無限的、無條件的能量……永不停息

圖解：永動機的一個例子。

當然，永動機是不可能造出來的，因為能量的產生是有條件的。它們的行為違反了宇宙的一條基本定律——能量守恆定律。正如物理學教科書一直所言，能源既不能被創造，也不能被毀滅。它只能從一種形式轉換到另一種形式，也就是說，一個系統不能創造能量，而只能從一個能源中提取一些能量，而這個能源又是從另一個能源中提取的能量，以此類推。

線圈中感應電能的來源是一個不斷變化的磁場，它是由一個移動的磁鐵產生的，這個磁鐵由人或機器移動，而人又從食物中、機器從燃料中獲取能量來移動磁鐵，以此類推。一旦資源耗盡，不再有變化的磁場產生，在系統中產生能量或在線圈中產生電流在物理學上是不可能發生的。

然而，如果感應電流產生的磁場不抵制磁通的變化，而是通過貢獻磁能來支持磁通的進一步變化，電流就會進一步增多，而不需要線圈從外部的能源中提取更多的能量。這是一頓免費的午餐!

圖解：楞次定律

倫茨定律的可視化表現。(圖片來源: Physics LibreTexts)

事實上，電流有複合作用: 這個增加的電流會產生它自己的磁能，這部分磁能也會產生變化的磁場，從而產生一個更大些的電流，又產生一個更大些的磁場，以此往復，直到產生無限的電流。然後，你就可以用一臺發電機隨意地搖動它周圍最小的磁鐵，來給宇宙中的每一個設備供電。

這相當於說，一個只是向前推進而不逐漸停止的球，會加速得越來越快，最終達到無窮大的速度，因為它所經歷的摩擦不會阻礙它的運動，反而幫它驅動!負號僅僅表示能量的轉換服從能量守恆定律。如果一個系統僅僅用它所產生的能量就可以產生更多的能量，那為什麼這行不通：

圖解：延伸接線板

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. sciabc

喬治亞州立大學

艾薩克物理

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