發電機是怎樣發電的?

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1820年丹麥的奧斯特發現了電流的周圍存在磁場,即電能生磁,第一個揭示了電與磁的聯繫。很多人就反過來想:磁能否生電?許多的科學家進行了積極的探索,直到1831年英國物理學家法拉第經過十年堅持不懈的努力,終於發現了這一現象。法拉第的發現進一步揭示了電與磁的聯繫,導致了發電機的發明,使電能的大規模生產和利用成為可能。

法拉第用實驗證實:閉合電路的一部分導體,在磁場裡做切割磁感線運動時,導體中就會產生電流,這種現象叫做電磁感應。發電機就是根據電磁感應現象製成的。

發電機的基本構造有磁鐵、線圈、銅滑環和電刷。

下圖是交流發電機的模型,
矩形線圈abcd可繞軸oo'轉動,ab邊和cd邊分別接到銅滑環K、L上,銅滑環K、L分別與電刷A、B滑動接觸。用導線將電刷與電流表連接,就組成閉合電路。

當線圈abcd繞軸oo'逆時針方向轉動時,左上圖中經過右上圖到左下圖轉過半周,ab邊向下切割磁感線,cd邊向上切割磁感線,根據右手定則可判斷出,ab邊中感應電流方向由b→a,cd邊中感應電流方向由d→c,線圈中電流方向由d→c→b→a,通過銅滑環和電刷流到外電路,外電路中電流方向是由A經過電流計到B。由左下圖經過右下圖到左上圖轉過半周,與上述半周正好相反,線圈中電流方向由a→b→c→d,外電路中電流方向由B經過電流計到A。線圈再從左上圖位置轉下去,感應電流將完全重複上述變化。所以線圈中和外電路中電流方向都是週期性變化的,即線圈中發出的與提供給外電路的都是交流電。如果用換向器(兩個銅製的半環)替換交流發電機的銅滑環,在線圈中依然產生交流電,但供給外電路的是直流電,這就是直流發電機。


上面只是用來說明發電機的原理的,實際的發電機,結構要複雜的多,但主要有定子和轉子組成。為使發電機發出高電壓強電流,大型發電機的線圈匝數很多,導線很粗,要使巨大的線圈轉動起來,需要解決的技術問題很多,所以大型發電機採用線圈不動磁場旋轉的方式,叫旋轉磁場式。


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大型發電機的轉子上裝有勵磁線圈,通入直流電使它成為一個磁鐵,由汽輪機或者水輪機等原動機帶動旋轉,產生旋轉磁場切割發電機定子線圈,感應出交流電。 我們在書本上學的是磁鐵不動,線圈旋轉切割磁力線產生感應電流,而在發電廠中的發電機恰恰相反,線圈靜止、磁鐵旋轉。不論誰動誰靜,相互運動就行。

發電機是動力械的轉動力帶動發電機的導電線圈在磁場中轉動,磁場把導電線圈中的電子,從“低處”搬到“高處”。由於電子在“高處”具有向“低處”移動的“能力”當用負載將發電機的“高與低”連接起來,電子就會從高向低移動,這就是電流。在發電機內部,由於磁場作用,電子,由低到高。在發電機外部電子由勢能作用,電子由高到低形成了電流電壓,又叫電位差,是電路中兩個點的電位的差值。電流,電荷定向移動叫電流。


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這個問題是一個初中的物理問題,發電機的發電原理是電磁感應定律。

電磁感應定律:閉合電路的一部分導體在磁場裡做切割磁感線的運動時,導體中就會產生電流,產生的電流稱為感應電流,產生的電動勢(電壓)稱為感應電動勢。

發電機工作原理:如圖所示,閉合迴路的一部分導體在磁場裡面做切割磁感線運動,通過導體的磁通量發生了變化就會產生感應電流。 整個過程中的能量轉換是機械能通過電磁感應轉換成了電能。


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