丹麥物理學家奧斯特1820年發現了電流產生磁場的現象,把磁和電這兩個東西從本質上聯係起來了。這一發現給了人們很大的啟發,他們在思考一個新問題:既然通電的導體能夠產生磁場,那麼能不能利用磁場來獲得電流呢?
不少的科學家對這個問題進行了大量的實驗探索,首先獲得成功的是英國的物理學家法拉第。他經過整整10年的不懈努力,終於在1831年發現了磁引起電的現象。
為了進一步說明電磁感應的原理,下麵我們用耳機做一個發電的實驗。
找一副雙聽筒耳機,把原來的聽筒線拆下來,再用有絕緣皮的雙股長導線把兩隻聽筒連起來。做實驗的兩個人各拿一隻聽筒,分別在兩間房子裏,要求不能直接聽到對方說話的聲音。當其中一個人對著耳機說話的時候,另一個人則可以從自己拿的耳機裏聽到對方說話的聲音,就像打電話一樣。
這是為什麼呢?原來互相連接的兩個耳機聽筒就是一個簡單小型的發電機或電動機。當實驗的人對著耳機說話的時候,聲波使耳機的薄鐵片前後振動,鐵片和永久磁鐵磁極之間的空隙就忽大忽小,這就引起了磁場強度的變化。也就是說磁力線隨著說話的聲波變化著。磁力線的變化,就相當於耳機中的兩個線圈做切割磁力線的運動,因此就在線圈裏感應出電流來,它也是按照說話的聲波而變化的。
這就是典型的動磁生電現象,耳機起到一個小型發電機的作用。這個隨聲波變化的電流,傳到另一個耳機的時候,它的線圈就產生了忽強忽弱的磁場,吸動耳機的鐵片,於是就發出了原來說話的聲音。這又是一個電動生磁的例子,這時耳機又是一個電動機了。
其他像電磁式拾音器(電唱頭)、收音機的喇叭,都是動磁生電和電動生磁的裝置為了獲得實用的持續電流,人們應用電磁感應的原理,製造了發電機。法拉第的圓盤手搖發電機,算是最早的發電機了。現在我們一起來做個圓盤發電機的模擬實驗。
找一張直徑約20厘米的圓形鋁片,在中心鑽一個小孔,穿上一個帶有搖把的金屬軸,把鋁片牢牢地固定在軸的中間位置,然後再把軸用兩個鐵環固定在木架上。取一塊蹄形磁鐵立在鋁盤下邊,讓它的兩極在鋁盤的兩側(如果一塊不夠,可以把幾塊蹄形磁鐵並在一起,同名極要在同一邊)。再取一隻小電燈泡,引出兩根導線,把它的一根引線連在金屬軸承上(鐵環上),另一根引線用絕緣膠布粘在蹄形磁鐵的一臂上,使引線的裸線頭輕輕接觸在鋁盤的邊緣上。
當急速搖轉鋁盤的時候,小電燈泡就會發光,表明有了感生電流了。
如果燈泡不亮,說明電流小,你可以換電流計來做實驗,根據指針偏轉的情況,還能觀察到鋁盤順時針轉或逆時針轉、快轉或慢轉的時候,感生電流變化的情況。這種發電機,隻要鋁盤的轉速快而且均勻,就能產生一種大小和方向都不變的持續電流,我們把它叫做直流電。不過這種發電機發出的電流很小,不實用。實際的直流發電機,結構要精密得多,功率也大得多。
還有一種能夠產生持續電流的發電機,它的基本結構是這樣的:使一個矩形金屬線框繞著垂直於磁力線的軸勻速轉動,就能感生出電流來。根據右手定則可以判斷出,線框轉動一周,感應電流的方向要改變一次。
同時,由於轉動的過程中在不同的位置線框切割磁力線的多少不同,感生電流的大小也不同。所以這種發電機發出的電流,大小和方向都在不斷地做周期性變化,我們把這種電流叫做交流電。當然實際的交流發電機並不這麼簡單,它的結構很複雜,能夠根據需要發出強大的電流。