标题 | 手摇地磁场发电机的制作 |
范文 | 钟俊敏 摘? 要:利用地磁场,设计线圈,制作一个发电机供课堂教学使用。文章介绍地磁场发电机的设计与制作过程。 关键词:地磁场;发电机;设计与制作 中图分类号:G633.7 文献标识码:A ? ? 文章编号:1003-6148(2019)12-0049-2 众所周知,让线圈在磁场中转动,能产生电流。发电机原理如图1所示。而地球周围存在着磁场,利用地磁场也可以发电,这将大大增加学生的兴趣,是开展科技活动的好材料。若能将地磁场发电用于室内的课堂教学,将大大提高课堂教学的效果。可惜多数学生都没有见过利用地磁場发电的过程,心里还是半信半疑(图2)。在课外实践活动中,我们做成了发电机,发出了电。大家非常高兴,甚至有点激动。如何做成可在室内演示的教学仪器呢?本文介绍了设计过程和制作方法。 ■ 图1? 发电机原理 ■ 图2? 地磁场发电示意图 1? ? 查找资料,计算数据 地磁场的强度是设计发电机的关键。从课本上查得:地磁场的强度为10-4~10-5 T。考虑到我国地处北半球,我们的纬度约为30°~45°,地磁场方向为向北偏下,故取B=10-5 T。 初步方案是:用一个多匝线圈绕其中心轴旋转(交流发电机),去推动一个灵敏电流计(负载),如图3所示。 ■ 图3? 实验方案示意图 I=■=■=■ 因教具要有较大的可见度和较好的可操作性,故取a=70 cm,b=80 cm。又因惯性对机械电表指针偏转的影响,为了便于观察,取n=1 r/s。考虑自制教具制作成本要低、线圈电阻要小、重量不能太重等原因,线圈直径取D=0.61 mm。多匝线圈若用铝导线做会很粗,决定用铜漆包线绕制。查得铜的电阻率为ρ=1.7×10-8 Ω·m,灵敏电流计内阻为r=100 Ω,满偏电流为I=300 μA。为使电流表接近满偏,由上式计算得到N=260匝。 2? ? 寻找材料,进行加工 0.61 mm的漆包线绕260匝,是一个很粗且很重的线圈。为了有固定的形状又易于旋转,决定将线圈绕在一个由塑料制成的槽内。两端在绕线圈之前装上转轴(固定在方框上,兼做电刷用)。为了操作方便,方框必须有支架支持。考虑到轻便、稳固、经济的要求,最终选用塑钢门框材料热焊成支架。 3? ? 动手组装,突破难点 手工制作电刷是个难题。若不用电刷,线圈旋转时,两根引线会绕在转轴上。受交流发电机用滑环导出电流的启发,我们在线圈两端的转轴上各套一个不锈钢环(防盗窗材管上截取两段2 cm长的即可),有效地突破了制作的难点。这样线圈两端分别焊接在两段转轴上,两个钢环上分别焊接两根导线,连在电流表的两个接线柱上(如图4)。 ■ 图4? 地磁场发电机 当线圈的转轴垂直于磁场时,线圈产生的电动势最大,回路中电流最强。为了便于对准地磁场的南北极,在支架上安装了一个指南针。实际演示时,对准南北极,控制在1 r/s左右的转速,效果最好,电流计能达到满偏。 (栏目编辑? ? 王柏庐) |
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