磁生电的示意图(电生磁与磁生电原理)(1)

我国人民在公元前四世纪就发现了磁石,古时人们叫它为“慈石”。战国末期有人发现磁石有指南北方向的作用,指向南方的一端叫做南极,指向北方的一端叫做北极,它们同性极相斥、异性极相吸。后来有人把天然磁石磨制成勺子形状,放在铜盘里能指明南北方向,叫做“司南”,这是世界上最早的指南工具。十一世纪中期,北宋学者沈括发明了用人造磁针制成的指南针,成为我国古代科学技术的“四大发明”之一,不久,海船上广泛使用指南针。1180年左右,我国的指南针通过阿拉伯人传入欧洲,很快普及到欧亚两大洲。到公元十八世纪,欧亚的科学家们对磁学的研究也有了相当水平。但是,那时谁也不知道磁与电有什么关系。

磁生电的示意图(电生磁与磁生电原理)(2)

1820年,丹麦科学家奥斯特在进行电学讲课时,偶然发现了一个有趣的现象:一条导线通电时,导线附近的指南针会转动,好像有个看不见的手指在拨动它一样。他想电与磁之间一定有着密切的关系。第二年,法国的物理学家安培又发现,磁铁附近的导线通电时会向一定方向移动,更说明了电与磁之间有相互的作用力。他们都证明,通电的导线周围也和磁石一样有磁场,也就是说:电能生磁。

磁生电的示意图(电生磁与磁生电原理)(3)

几年后,有人把导线绕在铁棒上,通电后,铁棒变成了磁铁,叫做“电磁铁”,它能吸起比自已重好几倍的大铁块。不久,又有人利用电生磁的原理,制成了测量电压、电流强度的仪表,叫做电压表、电流表。美国科学家亨利在1831年制造出一个能吸起一吨重铁块的电磁铁。不久,他发明了电报,为远距离通讯开辟了道路。他发明的电动机虽然只能摆动,不能转动,却证明了电能可以转化成机械能,成为现代电动机的鼻祖。电生磁的现象,引起了英国一位订书工人出身的科学家法拉第的深思。

磁生电的示意图(电生磁与磁生电原理)(4)

他想:电能够生磁,反过来,磁能不能生电呢?为了寻求这个答案,他花了十年时间,进行了大量的试验。法拉第把铜线绕在磁铁上,铜线的两端接在电流表上,观察电流表,表的指针不动;他换上一个更大的磁铁,电流表还是不动;他再换上一个更灵敏的电流表,表的指针也还是不动。他又把铜线做成空心的线圈,线圈的两端接上电流表,线圈中放一条铁棒,表的指针仍然不动,这都说明没有生电的现象。1831年,法拉第用线在一个铁环上绕了两个互不接触的线圈,一个线圈的两端接到电池上,另一个线圈的两端接到电流表上。

磁生电的示意图(电生磁与磁生电原理)(5)

他意外地发现,当给第一个线圈刚通电的一刹那,奇迹出现了,那第二个线圈的电流表指针竟然摆动了;断开电流的一刹那,电流表的指针又摆动了,不过摆动的方向与通电时相反。他想,第一个线圈刚通电时铁环有一个变成磁铁的过程,相当于向第二个线圈中插进一块磁铁;断开电流时,铁环的磁性消失,相当于从第二个线圈中抽出一块磁铁,也就是说,磁铁在线圈中进进出出的运动,会使线圈中产生电流。为了证明这个设想,他用一块永久磁铁在一个空心线圈中一进一出地运动,线圈中果然产生多了电流。这叫做电磁感应现象。

磁生电的示意图(电生磁与磁生电原理)(6)

法拉第这一发现证明了机械能可以转化成电能,为大规模生产电能开广阔的道路。当年,法拉第利用磁感应生电的原理,创造出世界上第一合发电机。不久,有人造出了用动力带动的发电机。现代大型发电机也是根据这个原理制成的。法拉第的发现虽然在科学上和实用上都具有重大意义,但在当时却不能说明磁感应生电的根本道理。现在我们已经知道,在磁铁的两极之间有许多磁力线,当磁铁在线圈中运动时,磁力线切割线圈(或说线圈切割磁力线),磁力线会迫使导体中的自由电子向一端聚集,使这一端带负电,导体的另一端因缺少电子而带正电,两端形成电压,用导线连接这两端时,自由电子在电压的作用下开始流动,形成电流。这就是磁感应生电的原理。

磁生电的示意图(电生磁与磁生电原理)(7)

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