不會吧!現(xiàn)在還會有人不知道電力的由來
電磁感應(yīng)是在變化的磁場中跨越電導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢。
我們都知道家用電是有發(fā)電廠發(fā)出來的,但是發(fā)電廠為什么就可以發(fā)電?今天我們來研究一下這個問題。
為了解釋這個問題我們首先必須從一個人物:法拉第,說起法拉第是英國的物理學(xué)家,在最開始的時候人們認為電和磁是兩個完全不同的現(xiàn)象,但是丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)電流可以產(chǎn)生磁場,于是法拉第又想,那么既然電流可以產(chǎn)生磁場、磁場能不能夠產(chǎn)生電流、如果磁場可以產(chǎn)生電流的話、那么電的應(yīng)用就可以非常廣泛了。
因為最開始人們用的電都是從伏打電池來的;那么伏打電池,這個東西造價比較高、電的能量又很弱、所以不能大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用;法拉第就想,我們能不能通過磁場的辦法來產(chǎn)生電流,因為自然界的磁鐵是非常豐富的,于是法拉第就開始做實驗,那么他們最開始的想法就是電流產(chǎn)生磁場;那我就搞一個磁鐵、我把一個磁鐵放在一個螺線管里,那按說磁場就應(yīng)該能夠產(chǎn)生電流,于是我一閉合電鍵,我就應(yīng)該發(fā)現(xiàn)這有電流了,但是事實上它放好這個裝置之后,一閉合電鍵發(fā)現(xiàn)沒有電流,那么沒有電流怎么辦?他覺得可能是磁鐵的磁性不夠強,他就把這個電鍵斷開了、把磁鐵拿出來拿出來換一個更強的磁鐵放進里、再閉合發(fā)現(xiàn)還是沒電流;是不是電流表不夠好,把電流表換一更好的電流表, 結(jié)果一看發(fā)現(xiàn)還是沒電流,做了好多好多次實驗,發(fā)現(xiàn)總是沒電流,這個實驗做了四年,結(jié)果有一次做實驗的時候,他可能就是忘了把開關(guān)給斷開了,直接把磁鐵拿出來,突然發(fā)現(xiàn)拿出來的過程中產(chǎn)生了電流,他又放進去,發(fā)現(xiàn)放進去的過程中也會產(chǎn)生電流,于是他終于明白了只有在變化和運動的磁場,才能夠產(chǎn)生電流,那么這個現(xiàn)象我們給它起個名字就稱之為電磁感應(yīng)現(xiàn)象。
法拉第總結(jié)了五種情況,其中比較典型的一種情況就是切割磁感線,什么叫切割磁感線,大家看我們這里有一個馬蹄形磁鐵,這個馬蹄形磁鐵會在中間產(chǎn)生磁場,
我們把一根導(dǎo)線放在馬蹄形磁鐵之中,并且我讓導(dǎo)線運動起來,比如導(dǎo)線我讓它向右運動,這就叫切割磁感線,它一往右運動就切割了磁感線于是導(dǎo)線上就會產(chǎn)生電流,如果導(dǎo)線是閉合的,還有一個比如說燈泡之類的,那么導(dǎo)線上就會有電流電流方向是使用右手定則來進行判定的,我們是這么判定的,就是說我讓磁感線穿手心,大拇指的方向,指向運動方向,四指的方向就是導(dǎo)線中電流方向,這根導(dǎo)線相當于是一個電池流過燈泡的電流,法拉第根據(jù)這個現(xiàn)象就制作了最原始的發(fā)電機。
咱們說一說法拉第的發(fā)電機,法拉第的發(fā)電機原理是有一個圓盤 中心連出一極,然后邊緣連出另外一極來,然后外面加個燈泡或者加個什么東西,然后使這個圓盤旋轉(zhuǎn)起來,大家注意這個地方?jīng)]有固連 它,就是挨上的中心也是挨上的,可以導(dǎo)電但是它并不是固定連接的, 當我這個圓盤轉(zhuǎn)起來之后,它就會在切割磁感線圓盤本身是導(dǎo)體,你可以把圓盤的左邊半徑看作是一根導(dǎo)體,但實際上有很多根這樣的半徑這個半徑在怎么運動,往正時針運動,所以我這樣看讓磁感線穿手心,大拇指指向運動方向,向我們這邊四指的方向就是電流方向,所以在這里面就會形成一個電流,這個電流通到中心去之后就會通出來電流,過燈泡之后再流回去,這就出現(xiàn)了一個正極,中心是正極而外圍它就是負極,相當于是一個電池。
法拉第制作了最早的發(fā)電機之后,有人就問英國的一個財務(wù)大臣就問他,說你這個東西有什么用,法拉第當時對英國財務(wù)大臣怎么說,也許你很快就可以對它進行收稅了,果然后來人們用電用的越來越多,從此之后就收了很多錢用做電費。那么現(xiàn)在這個電動機是直流的,它有一個正極有一個負極,但我們現(xiàn)在用的電都是交流電,那交流發(fā)電機又是怎么產(chǎn)生的。
交流發(fā)電機其實跟直流發(fā)電機差不太多,它也是利用了運動利用了導(dǎo)線在磁場中旋轉(zhuǎn)這樣的一個特點比如我們看我們兩側(cè)有一個磁鐵,這個是N極、這個是S級、那么于是就會有這樣的一個磁場。然后我讓一個線圈在磁場中同時呢這個線圈有一個軸,這個軸是垂直于磁場的,然后我讓這個軸外圍有一個圓圈,外面有個圓圈然后里邊還有一個小的圓圈,現(xiàn)在我讓線圈繞中心軸旋轉(zhuǎn),而且我讓外圍這兩個圈通過電刷,電刷的意思就是挨上,但是它不黏連電刷連接了一個燈泡連接,在旋轉(zhuǎn)過程中它就會產(chǎn)生交流電了。我們右手定則比劃一下,
磁感線穿手心,大拇指運動方向,四指的方向是電流方向,所以電流在外邊來講這么流出來就會出現(xiàn)一個電流走向,在這個時刻你轉(zhuǎn)半圈之后,原本的方向發(fā)上了改變,電流就會反過來于是就形成了所謂的交流電。交流電當然實際情況比這更復(fù)雜一些,比如實際情況不是線圈轉(zhuǎn)而是磁鐵轉(zhuǎn),實際情況一般來講也不是一個線圈而是三個線圈彼此成120度角,這樣就會形成三相四線的交流電;那么我們的交流電是220V 50Hz220V 50Hz交流電,這個電壓隨著時間是一直在變化的,而且是正弦形式變化,一個周期是0.02s所以一秒內(nèi)有50個周期,這就叫50Hz220V叫有效值,而電壓的峰值并不是220V,峰值是220V乘以根號2,大約是311V,這個就是我們的交流發(fā)電機了。
法拉第是那個時代最偉大的物理學(xué)家,但是大家知道法拉第的學(xué)歷是什么嗎?法拉第其實是小學(xué)二年級畢業(yè),也就是說法拉第連小學(xué)
沒有讀完。就因為他小的時候家里非常窮念不起書,那時候也沒有什么義務(wù)教育,所以他就讀不起書,法拉第讀不起書,他自己去做學(xué)徒,但是他課余時間還經(jīng)常去翻一些科學(xué)的書來看, 自己還做點小實驗 。有一次一個化學(xué)家名字叫:戴維,這個戴維招助手,法拉第就去應(yīng)聘,戴維就面試他幾個問題,面試完了就說年輕人我看你沒怎么讀過書,但是為什么你還能看懂我說的這些話?法拉第就說因為我特別喜歡科學(xué),自己看了很多書。然后戴維就問他,說我跟你說年輕人, 科學(xué)是很辛苦的而且還沒有多少回報,法拉第面對戴維的這種疑問 說,我覺得科學(xué)本身就是一種回報,法拉第是這么說的也是這么做的,他深刻的洞察力使他成為那個時候的最偉大的物理學(xué)家。同時,也把人類帶入了電氣時代,我們應(yīng)該向法拉第學(xué)習(xí)。
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