無線傳電的Demo教具

上週研習時，學校的君翰老師帶大家做了電磁學的教具，原型是其他老師去科工館看到的。原本的設計是透過繞線圈，觀察通電後的磁場改變如何使得指北針偏轉。

四周有兩處缺刻的壓克力板，對於固定繞線圈十分友善。看著繞好的線圈，我突然有了靈感，好像可以把它改造成其他教具？於是，我跟同事要了一套他的材料，拿回來摸索一下，最後成功做出了一個「無線傳電教具」。

無線傳電教具成果展示

先來看看實際的展示效果。下圖左邊是發射線圈（加了一些電子元件，後面會詳細說明），右邊則是接收線圈，結構非常純粹：只有漆包線圈直接接上一顆紅光 LED 燈。

實驗操作時，完全不需要任何實體導線連接，只要將接收線圈逐漸靠近發射線圈，右側的紅光 LED 就會神奇地亮起來！

動態演示影片如下：

自製電路佈線與製作細節

這個無線傳電教具的核心在於發射端的「自激震盪電路」。電路的繞線與接線方式如下：

發射線圈繞法：先繞 10 圈之後，留出一段漆包線不繞（作為中央抽頭），隨後順著相同方向繼續繞 10 圈。這個中央抽頭要連接到 3V 電池的正極。（註：也可以用兩組獨立的 10 圈線圈，將其中一組的尾端與另一組的頭端相接，同樣能拉出中央抽頭）。
電晶體接線：整組發射線圈的「頭端」和「尾端」，分別連結到三極體（電晶體）的 C極（集極）與 B極（基極）。
安全保護：在連接 B極之前，必須先串聯一個電阻，避免流入基極的電流過強而燒毀元件。
電源迴路：電晶體的 E極（射極） 則直接接回電池的負極（GND）。
接收線圈：同樣繞 10 圈並直接閉路接上紅光 LED。依據實際測試，接收端理論上可以用更少的圈數達到同樣的感應效果。

科學原理

自激震盪與電磁感應：
這個電路的核心目的，是利用電晶體達成極高頻率的「導通與斷電」切換。通電瞬間，連接 B極的線圈導電並產生初始磁場，此磁場的變化使連接 C極的線圈產生感應電動勢，進而誘發更大的電流。這個增強的電流反過來進一步推動 B極，使電晶體迅速達到「飽和導通」。當電晶體飽和後，電流不再變化，磁場隨之停止增長；失去了變化的磁場，B極失去推動力，電晶體隨即斷電。斷電後整個過程再度重演。

透過上述的循環，發射線圈便能產生高頻率的電磁震盪。此時，一旁的接收線圈切換進入這個快速變化的磁場中，根據法拉第電磁感應定律，接收線圈內就會產生感應電流，成功推動紅光 LED 發光。

原型實驗與替代材料建議

除了使用研習提供的壓克力板作為繞線骨架外，其實我一開始進行概念驗證時，是直接拿市售整捆未拆的漆包線圈來做發射端的。當時先把線圈拆開重新繞製，抓出中央抽頭；而接收端則是隨手繞在普通的紙杯或塑膠杯上。這種作法，也適合作為學生探究與實作的課堂材料，在此一併分享給大家參考。