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在公元1831年,法拉第將一個(gè)封閉電路中的導線(xiàn)通過(guò)電磁場(chǎng),導線(xiàn)轉動(dòng)有電流流過(guò)電線(xiàn),法拉第因此了解到電和磁場(chǎng)之間有某種緊密的關(guān)連,他建造了座發(fā)電機原型,其中包括了在磁場(chǎng)中迥轉的銅盤(pán),此發(fā)電機產(chǎn)生了電力。在此之前,所有的電皆由靜電機器和電池所產(chǎn)生,而這二者均無(wú)法產(chǎn)生力量。但是,法拉第的發(fā)電機終于改變了一切。
發(fā)電機包括一個(gè)能在二個(gè)或二個(gè)以上的磁場(chǎng)間迅速旋轉的電磁鐵,當二個(gè)磁場(chǎng)相互交錯,就產(chǎn)生了電,由電線(xiàn)從發(fā)電機中導出。電子工程師依發(fā)電機線(xiàn)繞的方式和磁鐵的安排,而獲得交流電(AC)或直流電(DC),大部分發(fā)電機都是產(chǎn)生交流電,它比直流電更易由傳輸線(xiàn)作長(cháng)距離的傳送。
學(xué)過(guò)物理課的人都會(huì )記得,英國科學(xué)家法拉第于1831 年發(fā)現了電磁感應原理。這一在人類(lèi)社會(huì )發(fā)展過(guò)程中起到重要作用的原理是說(shuō):“當磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)發(fā)生變化時(shí),在其周?chē)膶Ь€(xiàn)中就會(huì )感應產(chǎn)生電流?!狈ɡ谠焚M苦心,通過(guò)研究和反復實(shí)驗,終于發(fā)現了這一影響的科學(xué)原理,而且他確信,利用此原理肯定能制造出可以實(shí)際發(fā)電的發(fā)電機。就在法拉第發(fā)現電磁感應原理的第二年,受法拉第發(fā)現的啟示,法國人皮克希應用電磁感應原理制成了初的發(fā)電機。皮克希的發(fā)電機是在靠近可以旋轉的U 形磁鐵(通過(guò)手輪和齒輪使其旋轉)的地方,用兩根鐵芯繞上導線(xiàn)線(xiàn)圈,使其分別對準磁鐵的N 極和S 極,并將線(xiàn)圈導線(xiàn)引出。這樣,搖動(dòng)手輪使磁鐵旋轉時(shí),由于磁力線(xiàn)發(fā)生了變化,結果在線(xiàn)圈導線(xiàn)中就產(chǎn)生了電流。
由這種發(fā)電機的裝置可以知道,每當磁鐵旋轉半圈時(shí),線(xiàn)圈所對應的磁鐵的磁極就改變一次,從而使電流的方向也跟著(zhù)改變一次。為了改變這種情況,使電流方向保持不變,皮克希想出了一個(gè)巧妙的辦法:在磁鐵的旋轉軸上加裝兩片相互隔開(kāi)成圓筒狀的金屬片,由線(xiàn)圈引出的兩條線(xiàn)頭,經(jīng)彈簧片分別與兩個(gè)金屬片相接觸。另外,再用兩根導線(xiàn)與兩個(gè)金屬片接觸,以引出電流。這個(gè)裝置,就叫做整流子,在后來(lái)的發(fā)電機上仍得到應用。整流子為什么能保持電流方向不變呢?這是因為電流從線(xiàn)圈流入整流子,而整流子是和磁鐵一起旋轉的。當磁鐵轉過(guò)半圈,線(xiàn)圈中電流方向倒逆過(guò)來(lái),整流子也正好轉過(guò)半周來(lái)而掉轉了方向,因而輸出的電流方向始終是不變的。
皮克希發(fā)明的這種發(fā)電機在世界上是,當然也有其不足之處。需要對它進(jìn)行改進(jìn)的地方,一是轉動(dòng)磁鐵不如轉動(dòng)線(xiàn)圈更為方便靈活;二是通過(guò)整流子可以得到定向的電流,但是電流強弱還是不斷變化的。為改變這種情況,人們采用增加一些磁鐵和線(xiàn)圈數量,并稍微錯開(kāi)地將變化的電流一起引出的辦法,使輸出電流的強度變化控制在一定的范圍內。從皮克希發(fā)明發(fā)電機后的30 多年間,雖然有所改進(jìn),并出現了一些新發(fā)明,但成果不大,始終未能研制出能輸出像電池那樣大的電流,而且可供實(shí)用的發(fā)電機。
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