手搖發(fā)電機(jī)演示裝置

孫煜鑫

摘要：可演示發(fā)電機(jī)是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，其構(gòu)造的一般原理是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。世界上的事物沒(méi)有盡善盡美的，每一種事物總是或多或少地存在著這樣、那樣的缺點(diǎn)，人們總是希望事物能夠變得愈來(lái)愈完善，愈來(lái)愈能滿足我們方方面面的需要。這種客觀存在與主觀愿望之間的矛盾，就孕育著創(chuàng)新的種子，為我們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造提供了動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：手搖發(fā)電機(jī)演示裝置

發(fā)電機(jī)（英文名稱：Generators）是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，通常是由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)，將水流、氣流、燃料燃燒或原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技及日常生活中有廣泛的用途。1832年，法國(guó)人畢克西首次發(fā)明了手搖式直流發(fā)電機(jī)，其原理是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)永磁體使磁通發(fā)生變化而在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并把這種電動(dòng)勢(shì)以直流電壓形式輸出。我們也能用生活中的玩具電機(jī)做個(gè)小小的手搖發(fā)電機(jī)呢。

如果用一根細(xì)導(dǎo)線在一個(gè)鐵釘上繞許多圈，接上電池就可以變成一個(gè)電磁鐵，也即電能生磁，同理，磁也可產(chǎn)生電，當(dāng)小電機(jī)中的繞有導(dǎo)線的轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與電機(jī)中的磁鐵定子相互作用就產(chǎn)生了電。發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，其構(gòu)造的一般原理是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。

本演示裝置所需要的制作材料主要有：大小齒輪、搖動(dòng)手柄、皮帶輪、橡皮筋、方木條和雙色LED發(fā)光二極管、水管固定夾、自攻螺絲等。所需的制作工具有：熱熔膠槍、螺絲刀、剪刀、美工刀、銼刀等。

具體的制作步驟如下所述。

操作要領(lǐng)有：先制作底座，再安裝電動(dòng)機(jī)、皮帶輪，安裝雙色發(fā)光二極管，并連成回路，最后安裝變速齒輪，調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部位的摩擦并進(jìn)行測(cè)試。

電路原理圖為：

作裝置的底座，由二根70mm長(zhǎng)的方木條、二根10 mm長(zhǎng)的方木條，用熱熔膠粘合成手搖發(fā)電機(jī)的底座。

安裝電動(dòng)機(jī)、皮帶輪，取一只內(nèi)徑為20mm的自來(lái)水管的固定夾，用自攻螺絲固定在長(zhǎng)方本條的一端，在管夾處安裝上玩具電機(jī)，在長(zhǎng)方本條電機(jī)下端鉆孔，確保用橡皮筋作為皮帶輪時(shí)彈性適合，插入安有皮帶輪的圓木棍，確保皮帶輪能帶動(dòng)電機(jī)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

安裝雙色發(fā)光二極管，在長(zhǎng)方木條的上端，用熱熔膠固定好雙色發(fā)光二極管，用導(dǎo)線將雙色發(fā)光二極管的二極與玩具電機(jī)的二極相連接。

安裝變速齒輪，在皮帶輪的另一側(cè)安裝上小齒輪，再在下方安裝大齒輪，并確保齒輪間留有二張紙的間隙，在大齒輪的中心孔處做好記號(hào)，擰上自攻螺絲，最后在大齒輪上安裝搖動(dòng)的手柄。

調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部位的摩擦，在轉(zhuǎn)軸處加上合適的潤(rùn)滑油，以減少轉(zhuǎn)動(dòng)部位的摩擦，以不同方向快速轉(zhuǎn)動(dòng)并進(jìn)行測(cè)試，一個(gè)方向上快速轉(zhuǎn)動(dòng)雙色發(fā)光二極管為紅色點(diǎn)亮，另一個(gè)方向上快速轉(zhuǎn)動(dòng)雙色發(fā)光二極管為綠色點(diǎn)亮。

用本演示裝置，可體現(xiàn)發(fā)電機(jī)是基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律，其構(gòu)造的一般原理是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。我們不僅可以認(rèn)識(shí)到直流電動(dòng)機(jī)不僅能將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，而且還能將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并很神奇地點(diǎn)亮了雙色發(fā)光二極管。你可以設(shè)計(jì)出更加美觀而又小巧實(shí)用的手搖發(fā)電機(jī)，它的支架還能可用生活什么材料去做？其轉(zhuǎn)動(dòng)部分可怎樣進(jìn)一步地減小摩擦？這里采用的發(fā)光二極管有什么特別之處？為何搖動(dòng)的速度達(dá)到一定程度以上時(shí)，才能點(diǎn)亮雙色發(fā)光二極管？不妨思考還有沒(méi)有更好的更靈敏的測(cè)試方案？它還有什么缺點(diǎn)需要改進(jìn)？

本手搖發(fā)電機(jī)演示裝置的制作及改進(jìn)過(guò)程中，主要采用的是缺點(diǎn)列舉法。 “缺點(diǎn)列舉法”是針對(duì)某個(gè)產(chǎn)品或事物，通過(guò)一定的實(shí)踐與思考，盡可能多地列舉出它的缺點(diǎn)，然后在這基礎(chǔ)上，找出主要的缺點(diǎn)加以改進(jìn)。世界上的事物沒(méi)有盡善盡美的，每一種事物總是或多或少地存在著這樣、那樣的缺點(diǎn)，人們總是希望事物能夠變得愈來(lái)愈完善，愈來(lái)愈能滿足我們方方面面的需要。這種客觀存在與主觀愿望之間的矛盾，就孕育著創(chuàng)新的種子，為我們進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造提供了動(dòng)力。這種方法能激勵(lì)人去革新和創(chuàng)造。以傘為例，常用傘的缺點(diǎn)：遇上大風(fēng)會(huì)“吹頂”；布面遮擋前方視線；易遺忘丟失；傘尖容易刺痛人；拿傘的手不便于再提別的東西；乘公共汽車時(shí)傘上的水會(huì)沾濕別人的衣服；回家要撐開(kāi)、晾干；傘骨容易折斷；傘布透水，褲腳易被雨水打濕；花樣少，樣子一樣，不容易識(shí)別等。針對(duì)上述種種缺點(diǎn)，制傘工廠研制出各式各樣的傘：便于收藏、攜帶的折疊傘；傘面用透明塑料不擋視線的傘；傘布經(jīng)防處理的不透水的傘；傘布有多種圖案便于識(shí)別的傘；適合于兩人用的橢圓形傘；傘頂加集水器，收傘后雨水不會(huì)漏在車內(nèi)的傘；張開(kāi)方便的自動(dòng)傘；傘柄內(nèi)裝電筒便于夜間行路的照明傘；傘柄內(nèi)裝半導(dǎo)體收音機(jī)可邊走邊收聽(tīng)節(jié)目的傘，等等。可見(jiàn)，缺點(diǎn)就是問(wèn)題。解決問(wèn)題的前提是發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)、找出問(wèn)題。缺點(diǎn)列舉法的使用原則，就是從“有什么缺點(diǎn)需要改進(jìn)？”來(lái)找出更好的辦法。

參考文獻(xiàn)

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[2] 基于缺點(diǎn)列舉法的產(chǎn)品設(shè)計(jì).何文波，劉麗萍《河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版》2006.