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磁生电

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磁生电

我们上一节一起探讨了20.4《电动机》的工作原理。我们就要积极思考,电动机要用电来启动,那么电是如何产生的呢?这是我们本节《磁生电》要学习的内容。电与磁是紧密相关的,我们目前发电,主要还是依赖磁场。

什么情况下磁能生电

英国物理学家法拉第

奥斯特发现电流的磁效应之后,许多科学家都在思索:既然电流能产生磁,那么磁能否产生电呢?

英国物理学家法拉第在10年中做了多次探索,1831年终于取得突破,发现了利用磁场产生电流的条件和规律。法拉第的发现,进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系。

根据这个发现,后来发明了发电机,使人类大规模用电成为可能,开辟了电气化的时代。

今天,无论我们日常生活中使用的电还是工农业生产中使用的电,大多是由电网提供的,是从发电厂里的发电机中产生的,经过远距离的传输,到达工厂、农村、学校和家庭。

火力发电中,是汽轮机带动发电机;水力发电中,是水轮机带动发电机;风力发电中,是风车带动发电机。无论是火力发电、水力发电还是风力发电,都是通过发电机发电的。那么发电机是如何发电的?什么情况下磁能生电?

实验:探究什么情况下磁场可以生电

磁生电示意图

如图所示,在闭合线圈上串联一个电流计(相当于电流表,特点是表针可以左右摆动显示出电流的方向来),线圈的一部分是ab导体棒,在磁场中进行运动。

通过导线连接电流表构成了闭合回路。怎样才能使回路中产生电流?

我们可以进行各种尝试,例如让导线在磁场中静止,换用不同强度的永磁体;让导线在磁场中静止,但不用单根导线,而用匝数很多的线图使导线在磁场中沿不同方向运动;

分析实验中看到的现象,就能总结出闭合电路中产生电流的条件了。

如果把磁感线想象成一根根实实在在的线,把导线想象成一把刀,表达起来可能会方便些。

实验结果:满足两个条件,其一闭合,其二切割磁感线,则产生电,上述实验中的电流计才会偏转。

如果线圈断开,无论ab棒是否切割运动,都不会有电流;电流计没有变化。

如果线圈闭合,ab棒不运动,也不会产生电流;电流计没有变化。

高中有更为详细的解析,可以点击这里学习。

电磁感应

闭合电路的一部分导体,在磁场中做切割磁感线的运动时,导体中就会产生电流(感应电流),这是一种电磁感应现象。

电磁感应现象发生的前提条件有两个:

1.必须是闭合电路(也称闭合回路)。

2.必须有导体在切割磁感线。

科学家们利用电磁感应现象,设计了产生电能的装置,发电机。发电机顾名思义,就是借助磁生电现象产生电能的装置。

发电机

发电机怎样发电呢?

如图所示,是实验室用的手摇发电机。把一台手摇发电机跟灯泡连接起来,使线圈在磁场中转动,可以看到灯泡会发光。这表明,电路中有了电流。

如果把手摇发电机跟电流表连接起来,线圈在磁场中转动时,可以看到电流表的指针随着线圈的转动而左右摆动。这个现象表明,发电机发出的电流的大小和方向是变化的。

演示

1.观察模型式手摇发电机的构造

磁极是什么形状的?线圈是通过哪些装置和灯泡连接起来的?摇把是通过什么带动线圈转起来的

2.观察发电机转速对小灯泡亮度的影响

取下电流表,但仍然保持小灯泡和发电机连接。用不同速度摇动转轮,观察灯泡亮度的变化。

3.检验手摇发电机电流方向的变化

把两个发光二极管极性相反地并联起来,并与发电机串联。转动摇把,观察二极管的发光情况。

发电机示意图

上图就是一个最简单的发电装置的示意图。当导线向左运动时,电流表指针偏转,表明电路中产生了电流;当导线向右运动时,电流表指针向另一方向偏转,表明产生了另一方向的电流。如果导线左右往复运动,电流表指针来回摆动,电路中产生的是交变电流,简称交流。交变电流的频率在数值上等于电流在每秒内周期性变化的次数。我国电网以交流供电,频率为50Hz。

在发电机中,用连续转动的线圈代替往复运动的导线。为了把线圈中产生的感应电流输送给用电器,还要用铜环和电刷把线圈和用电器连接起来。

实际的发电机比模型式发电机复杂得多,但仍是由转子(转动部分)和定子(固定部分)两部分组成的。

大型发电机发的电,电压很高、电流很强,一般采取线圈不动、磁极旋转的方式来发电,为了得到较强的磁场,要用电磁铁代替永磁体。

发电机发电的过程是能量转化的过程。以手摇发电机为例:人吃的食物的化学能转化为摇动转子的动能,发电机又把动能转化为电能。

实际的发电机靠内燃机、水轮机、汽轮机等机械的带动,把燃料中的化学能或者水库中水流的动能转化为电能。

话筒的工作原理

话筒(麦克风),是利用电磁感应原理,将声音的振动(动能)转化为电信号的装置。

我们来借助下图来介绍下话筒的工作原理。

我们在2.0《声现象》中提到过,声音是由振动产生的。

我们大声对着工作状态的话筒说活,这种声音的振动,在空气中传播后,会引起话筒上膜片的振动,如图所示。

话筒的膜片是与线圈相连的,因此会引起线圈的运动,这样变回在永久磁铁产生的磁场中切割磁感线,在线圈中产生感应电流。

如图所示,线圈的另外一端,是与其他用电器相联的。不同的声音,引起不同的振动幅度,不同的振动幅度引起不同的线圈切割力度,这种力度就转化为了不同的电流大小,即转化为了电信号。这些电信号,传递到音响(大喇叭)后,就会放大释放出来声音信号。

因为是转化为了电信号,可以说,话筒的最基本的工作原理就是发电机。

《磁生电》基础知识巩固题

1、电磁感应定义:              导体在磁场中       运动时导体中会产生       ,这种现象叫做电磁感应现象。该现象被       国物理学家       发现。

2、感应电流产生的条件       、部分导体、       。如果电路不是闭合的,即使导体在磁场中做切割磁力线运动也不会产生       ,只在导体两端产生       

3、交流发电机构造              。工作原理:       。工作过程中,是把       能转化为       能。工作过程中,交流发电机和直流发电机在内电路线圈中产生的都是交流电,交流发电机的电磁铁是       ,线圈是       

4、交流电:我国家庭电流使用的是       电,电压是       V,周期是       s,它的频率是       Hz。

5、磁场对电流的作用:通电导体在磁场里       。通电导体在磁场里受力的方向跟              有关。要改变通电导体受力方向可以改变              。如果两个量同时改变,则受力方向将       。(改变或不变)

6、直流电动机的构造:       。工作原理:       。换向器作用:当线圈转过平衡位置时       

7、麦克风的工作过程是:声音使空气振动从而使话筒中的膜片振动,带动与之相连的线圈       ,线圈是套在       上,所以这是线圈中会产生与声音变换一致的       ,通过其他元件再转化成声音播出。

8、我国照明电路所用交流电的周期是       s,频率       Hz,每秒钟电流方向改变       次,用一台手摇发电机给一个灯泡供电,线圈转的越快,灯泡越       ,能量从       能转化为      能。

9、关于交流发电机中的电流,下列正确的是      

A、线圈中产生的电流是直流电,而供给外部电路的电流是交流电

B、线圈中产生的电流是直流电,而供给外部电路的电流是直流电

C、线圈中产生的电流是交流电,而供给外部电路的电流是直流电

D、线圈中产生的电流是交流电,而供给外部电路的电流是交流电

10、实际使用的大型交流发电机结构与模型有所不同,但仍然是由              两部分组成,一般采用       不动,       旋转的方式发电。

《磁生电》基础知识巩固题答案

1、闭合电路   一部分   做切割磁感线   感应电流   英国   法拉第

2、闭合电路   做切割磁感线运动   感应电流   感应电压

3、转子   定子   电磁感应现象   机械   电   转子   定子

4、交流   220   0.02   50

5、受力而运动   电流方向   磁场方向   电流方向   磁场方向   不变

6、转子、定子、转换器   通电导体在磁场中受力而运动   自动改变线圈中电流的方向

7、一起振动   永磁体   电流

8、0.02   50   100   亮   机械   电

9、D

10、转子   定子   线圈   磁极

初中物理知识点总结

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本文内容与物理知识体系关系

初三物理知识点→20.0《电与磁》→20.5《磁生电》

关键词:磁生电,电磁感应,发电机

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