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在公元1831年,法拉第將一個封閉電路中的導線通過電磁場,導線轉動有電流流過電線,法拉第因此了解到電和磁場之間有某種緊密的關連,他建造了座發電機原型,其中包括了在磁場中迥轉的銅盤,此發電機產生了電力。在此之前,所有的電皆由靜電機器和電池所產生,而這二者均無法產生力量。但是,法拉第的發電機終于改變了一切。
發電機包括一個能在二個或二個以上的磁場間迅速旋轉的電磁鐵,當二個磁場相互交錯,就產生了電,由電線從發電機中導出。電子工程師依發電機線繞的方式和磁鐵的安排,而獲得交流電(AC)或直流電(DC),大部分發電機都是產生交流電,它比直流電更易由傳輸線作長距離的傳送。
學過物理課的人都會記得,英國科學家法拉第于1831 年發現了電磁感應原理。這一在人類社會發展過程中起到重要作用的原理是說:“當磁場的磁力線發生變化時,在其周圍的導線中就會感應產生電流。”法拉第曾煞費苦心,通過研究和反復實驗,終于發現了這一影響的科學原理,而且他確信,利用此原理肯定能制造出可以實際發電的發電機。就在法拉第發現電磁感應原理的第二年,受法拉第發現的啟示,法國人皮克希應用電磁感應原理制成了初的發電機。皮克希的發電機是在靠近可以旋轉的U 形磁鐵(通過手輪和齒輪使其旋轉)的地方,用兩根鐵芯繞上導線線圈,使其分別對準磁鐵的N 極和S 極,并將線圈導線引出。這樣,搖動手輪使磁鐵旋轉時,由于磁力線發生了變化,結果在線圈導線中就產生了電流。
由這種發電機的裝置可以知道,每當磁鐵旋轉半圈時,線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,皮克希想出了一個巧妙的辦法:在磁鐵的旋轉軸上加裝兩片相互隔開成圓筒狀的金屬片,由線圈引出的兩條線頭,經彈簧片分別與兩個金屬片相接觸。另外,再用兩根導線與兩個金屬片接觸,以引出電流。這個裝置,就叫做整流子,在后來的發電機上仍得到應用。整流子為什么能保持電流方向不變呢?這是因為電流從線圈流入整流子,而整流子是和磁鐵一起旋轉的。當磁鐵轉過半圈,線圈中電流方向倒逆過來,整流子也正好轉過半周來而掉轉了方向,因而輸出的電流方向始終是不變的。
皮克希發明的這種發電機在世界上是,當然也有其不足之處。需要對它進行改進的地方,一是轉動磁鐵不如轉動線圈更為方便靈活;二是通過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圈數量,并稍微錯開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。從皮克希發明發電機后的30 多年間,雖然有所改進,并出現了一些新發明,但成果不大,始終未能研制出能輸出像電池那樣大的電流,而且可供實用的發電機。
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