2018年5月30日 星期三

科普:風力發電的原理






所有的發電機都用同一個原理髮電——電磁感應原理。



電磁感應現象由英國物理學家邁克爾·法拉第發現,該現象是指導體放在變化的磁通量中會產生電動勢的現象,如果將這個導體連成迴路則這個迴路會通電。



如何人工做到電磁感應,初中物理老師教過我們一個方法:切割磁感線。將一個金屬棒在磁鐵的上方來回晃動,導體會受到變化磁場的作用而產生電勢,如果這個導體是一個環,則這個環能夠通電。


反過來,如果導體不動,磁鐵來回移動同樣能夠在導體中產生電流,於是人們想到用磁鐵旋轉的方式不停地、周期性的改變磁場的方向,置於其中的導體自然能夠產生周期性的電流。


風力發電機的原理來源於此,扇葉的中心連接著磁力極強的磁體,磁體的中間包裹著導體,導體連接著下方的各種東西。。。通過風的作用使扇葉轉動,帶動磁體轉動,磁體轉動帶動磁場也傳動使得中間的導體產生電動勢,將這個導體練成迴路即能夠產生電流。




不止風力發電機,核電、水電的原理統統如此,只是推動磁體轉動的力的來源不一樣而已,水力發電通過高處流下的水推動帶有磁性的磁體的轉軸轉動;核電通過核燃料加熱水,通過蒸汽氣壓的作用推動轉軸的轉動。


關於磁生電的本質和電的本質:麥克斯韋通過數學計算將電磁感應現象歸納成了一個方程組,稱為麥克斯韋方程組,該方程組揭露了電磁感應現象的本質——變化的磁場會產生電場,反過來變化的電場也會產生磁場。而電場能夠與電子(或者帶電的物質)相互作用,置於電場內的電子由於電場的作用被賦予了電勢能,將電勢能釋放的過程也就是用電的過程。


圖片來源:網路


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