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?“電磁探秘”主題展區(qū)由旋轉(zhuǎn)的銀蛋、神秘的磁力、尖端放電、雅格布天梯、人力發(fā)電、美麗的輝光和磁鐵與線圈7個展品組成。通過與展品的互動,觀察電與磁的奇妙現(xiàn)象,探尋現(xiàn)象背后的奧秘。
展品由銀蛋、旋轉(zhuǎn)磁場機(jī)構(gòu)和操作按鈕組成。按下“啟動”按鈕,會發(fā)現(xiàn)銀蛋逐漸旋轉(zhuǎn)并豎立起來。是什么原因使靜止的銀蛋旋轉(zhuǎn)起來呢?按下按鈕帶動圓盤上的三塊磁鐵旋轉(zhuǎn)/從而形成旋轉(zhuǎn)磁場,由于銀蛋是閉合導(dǎo)體,在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電流形成磁場。兩個磁場的相互作用帶動銀蛋旋轉(zhuǎn)。由于銀蛋質(zhì)量分布不均勻,是偏心的,因此當(dāng)銀蛋旋轉(zhuǎn)時,在離心力、重力以及摩擦力的作用下它便豎立了起來,這正是三相感應(yīng)電動機(jī)最基本的工作原理。旋轉(zhuǎn)磁場還廣泛應(yīng)用于測量儀表等設(shè)備中。
展品由鐵鏈、磁鐵、提升與擺動機(jī)構(gòu)和操作手輪組成。轉(zhuǎn)動手輪,調(diào)整磁鐵的高度和角度,會看到鐵鏈豎立在空中。是什么力量使鐵鏈保持不落下呢?當(dāng)磁鐵降到與鐵鏈的距離足夠近時,鐵鏈被吸附在磁鐵上。當(dāng)磁鐵高度大于鐵鏈長度時,鐵鏈會脫離開磁鐵。由于此時磁力通過分布于磁鐵附近空間中的磁場繼續(xù)起作用,所以即便鐵鏈與磁鐵完全不接觸,只要它們之間的距離不太遠(yuǎn),鐵鏈仍會被磁鐵吸引而站立在空中。當(dāng)磁鐵與鐵鏈的距離進(jìn)一步增大時,磁鐵的吸引力不足以克服鐵鏈的重力時,鐵鏈就會掉落下來。磁鐵廣泛應(yīng)用于電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、磁療、磁懸浮、核磁共振等領(lǐng)域。
展品由針狀金屬電極、高壓發(fā)生器和操作手輪組成。轉(zhuǎn)動手輪,隨著兩個針狀電極逐漸靠近,在兩個電極尖端之間會發(fā)生放電現(xiàn)象。為什么放電現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在金屬的尖端呢?導(dǎo)體上電荷的分布與其表面形狀有關(guān),導(dǎo)體表面尖銳的地方,電荷的分布比較密集,當(dāng)電荷聚集達(dá)到一定密度時,產(chǎn)生很大的電場,擊穿空氣。展品中的兩個電極,一個接高壓,另一個接地。兩根尖針逐漸靠近,在強(qiáng)電場的作用下,尖端附近的空氣被電離,出現(xiàn)放電火花,發(fā)出噼里啪啦的聲音。有時我們要避免尖端放電現(xiàn)象的發(fā)生,如高壓設(shè)備的金屬元件要做成光滑的球面/防止尖端放電。另一方面也可以利用尖端放電現(xiàn)象制作避雷針,不斷地放電,避免電荷的大量積累,達(dá)到避雷的目的。
展品由羊角形電極和啟動按鈕組成。按下按鈕,會看到羊角形電極低端的空氣被擊穿形成電弧,并且電弧不斷向上爬升,當(dāng)爬升到一定高度后斷開,而底部又馬上形成新的電弧。這其中有什么奧妙呢??
兩根下窄上寬的羊角形電極,一根接高壓,一根接地。當(dāng)兩電極間的電壓足夠高時,電極底部狹窄處的空氣被擊穿變成導(dǎo)體產(chǎn)生電弧。由于放電過程中底部溫度較高,會形成上升(錄為“向上”)的氣流,從而推動電弧不斷向上爬升,當(dāng)電弧達(dá)到一定高度,電極間距超過“擊穿”的臨界距離時電弧就熄滅了。如此循環(huán)往復(fù),便形成像梯子一樣的電弧放電現(xiàn)象,猶如古希臘神話中的“雅格布天梯”。電力系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)電弧放電,如不能及時消除電弧將可能會燒毀電力設(shè)備。電弧放電也可以為人們所用,電焊就是利用電弧產(chǎn)生的高溫將金屬融化,從而將物體焊接在一起。
展品由風(fēng)車、摩天輪模型、燈泡、揚(yáng)聲器等用電設(shè)備、發(fā)電機(jī)構(gòu)、閘刀開關(guān)和操作手輪組成。轉(zhuǎn)動手輪帶動發(fā)電機(jī)工作,扳動開關(guān)接入不同的用電設(shè)備,電流表顯示電流的大小隨之變化。為什么接入的用電設(shè)備越多,轉(zhuǎn)動手輪越費(fèi)力呢
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于磁場中,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動切割磁力線,從而在閉合回路中產(chǎn)生出感應(yīng)電流,供給電路中的用電設(shè)備使用,電流表上的指針隨之?dāng)[動。隨著接入電路中用電設(shè)備的增加,負(fù)載所需要的電流也相應(yīng)增加,同時增加了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時的阻力,因此,能感受到用電負(fù)荷最多時轉(zhuǎn)動手輪最吃力。電磁感應(yīng)現(xiàn)象在電工技術(shù)、電子技術(shù)以及電磁測量等方面都有廣泛的應(yīng)用。
輝光盤的中心裝有高頻高壓電極,盤內(nèi)充滿了低壓惰性氣體。高壓電極通電后,由于電場很強(qiáng),而惰性氣體又較稀薄,便被電離激發(fā)出美麗的輝光。惰性氣體中氦氣發(fā)藍(lán)色光,氬氣發(fā)淡紫色光,氖氣發(fā)橙紅色光。當(dāng)手放在輝光盤上時,手與電極之間形成放電通道,此區(qū)域的輝光倍加明亮,隨著手指在輝光盤上移動,放電通道隨之移動。我們經(jīng)常看到街邊絢爛閃爍的霓虹燈,就是利用了輝光放電的原理。
展品由磁鐵、線圈、LED燈、啟動按鈕和操作手輪組成。按下按鈕/磁鐵開始旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)動手輪調(diào)整線圈的角度,會發(fā)現(xiàn)燈泡的亮度隨著線圈角度的改變而變化。這是什么原因呢?在閉合回路中,導(dǎo)體在磁場里切割磁力線時,導(dǎo)體中會產(chǎn)生電流,這就是電磁感應(yīng)。“U”型磁鐵旋轉(zhuǎn),磁場中的磁力線也隨之轉(zhuǎn)動,調(diào)整線圈的角度,使磁力線與線圈平面成一定夾角時,線圈切割磁力線,產(chǎn)生感應(yīng)電流,燈泡亮起;當(dāng)磁力線與線圈平面平行時,線圈未切割磁力線,因此不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,燈泡熄滅。電磁感應(yīng)在電工、電子技術(shù)、電氣化、自動化方面有廣泛應(yīng)用,例如磁帶配音機(jī)、汽車轉(zhuǎn)速表等都是利用電磁感應(yīng)的原理制作的。
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