发电机的发明都有哪些故事

2020-03-21  来自: 恒威动力

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发电机的发明。正是英国化学家和物理学家Faraday奠定了电磁学的实验基础。从磁场到电场,法拉第是一位著名的自学成才的科学家。1791年9月22日,他出生在萨里郡纽灵顿一个贫穷的铁匠家庭。由于家庭贫困,法拉第只上了两年小学。12岁时,他到街上卖报纸。13岁时,他在一家书商和博彩公司当学徒。他有强烈的求知欲。他在业余时间读了很多关于自然科学的书。做一个简单的实验来验证这本书的内容。业余时间参加了市哲学学会的学习活动,听了自然哲学讲座,接受了自然科学基础教育。

听了大卫的科学讲座后,他把准备好的讲座记录寄给大卫,并附上一封信,表明他愿意献身于科学事业和“志愿者”,结果很成功。他22岁时成为大卫的实验助手。这是法拉第人生的转折点,从此他走上了致力于科学研究的道路。同年10月,大卫到欧洲大陆进行科学研究和演讲,法拉第作为他的秘书和助理也和他一起去了。对于法拉第来说,这一年半的旅行相当于上“社会大学”。法拉第经过法国、瑞士、意大利、德国、比利时、荷兰等国家后,先后与安培、盖伊·拉萨克等著名学者会面,帮助戴维进行了许多化学实验,丰富了他的科学知识,提高了实验能力,奠定了基础。他后来的独立科学研究。

1820年,奥斯特发现了电流对磁针的影响,法拉第敏锐地意识到它的重要性。1821年,法拉第在日记中写下了一个想法:用磁力发电。

1831年8月,法拉第用一个6英寸的软铁环,用两个绝缘线圈a和B绕成一圈,B的两端用电线连接成一个闭合的电路,并在电线下面平行放置一个磁针。A与电池组和开关相连,形成另一个闭合电路。法拉第发现,在合上开关有电流通过线圈A的瞬间,磁针偏转;断开开关切断电流的瞬间,磁针也偏转但法拉第并不满意,立即问了两个非常深刻的问题。首先,在上述实验中是否需要使用软铁磁环?第二,线圈a能用磁棒代替吗?10月17日,法拉第做了一个著名的实验。他用与电流计和线圈连接的闭合电路,快速地将永磁棒插入或拉出线圈中,可以发现电流计的指针偏转。法拉第于11月24日向伦敦学会报告了他的重大发现,总结了产生感应电流的五种情况:一是改变电流;二是改变磁场;三是移动稳定电流;四是移动磁铁;五是在磁场中移动电线。法拉第在他的报告中正式将他观察到的现象命名为“电磁感应”。1851年,电磁感应定律在《磁力线》一书中正式提出:“形成力的电流与切割磁力线的数量成正比。”

法拉第发现线圈在磁场运动中能产生电流,这表明了发电机制造的原理。根据这一原理,法拉第设计了圆盘发电机实验:在一个大马蹄铁磁铁的两极中间放置一个铜圆盘,分别从铜圆盘的轴和边缘引出一根导线,与电流计连接,形成一个闭合电路。当铜板旋转时,电流表显示电路中有电流,这是发电机的原型。在那之后,几种发电机被制造成使用永磁体来提供磁场和蒸汽机来驱动线圈。从1840年到1865年,已经有巨大而笨重的永磁发电机在运行。但这种发电机磁场太弱,发电效率很低。

尽管如此,我们认为这一发现被载入史册有两个原因。首先,法拉第定律对于从理论上理解电磁学更为重要。其次,正如法拉第用他的发电机(法拉第板)演示的那样,电磁感应可以用来产生连续电流。尽管为城镇和工厂供电的现代发电机比法拉第发明的要复杂得多,但它们都基于相同的电磁感应原理。法拉第是电磁场理论的奠基人。法拉第在科学探索上的坚韧不拔,加上他杰出的科学贡献,将永远受到后代人的尊重。

电磁感应理论已经建立,人们已经知道动态磁场可以发电。1832年,法国发明家皮克希成功地制造了一台手摇发电机,其转子为永磁铁,用了一个换向器,所以输出的是直流电但原发电机输出电流很小,没有实用价值。1857年,英国电子学家惠斯通用电磁铁取代了永磁体,发明了自激发电机。但自励发电机中的电磁铁依赖于蓄电池的电压激励,本质上不是自励,而是其他激励。另一种励磁方式使发电机在结构和发电能力方面受制于蓄电池:既笨重又不经济。

真正的自励式是利用发电机自身产生的电流来激励其电磁铁。它是德国工程师西门子。西门子年轻时曾在炮兵部队工作,熟悉研制的电报机。1847年,他创立西门子公司,生产电报设备,并建立电报线路。西门子不仅生产现成的设备,还拥有一个科学实验室。本实验室发明了电报线用树脂绝缘体和电报装置用电枢铁。实验室的各种发明促进了公司的经营活动。

为了解决德国电镀工业对电力的巨大需求,1866年,公司在西门子的指导下,成功研制出了一种用电磁铁代替永磁体的自励式磁场发生器。由于失去了电池,发电机本身变得很轻。而且,这种新型发电机效率高、发电量大,已成为现代电力工业的基石。此后,电力开始以大容量、低价格赢得人们的青睐。与瓦特不同,西门子将理论与实践结合起来。他不仅撰写了《无永磁机械能转换为电能的方法》一文,为获得强电流寻找理论依据,而且在实践中制作了带电磁铁的自励发电机。但就其功能和意义而言,西门子的发电机与瓦特的蒸汽机是相提并论的。有了发电机,发电厂建立起来,输电网络也出现了。发电机的诞生标志着电气时代的开始。在许多人的努力下,发电机逐渐得到改进。到20世纪70年代,它终于可以投入使用。1882年,法国学者德普勒发现了远距离输电的方法;同年,美国发明家爱迪生在纽约建立了热电站,将输电线路连接成网络。

另一方面,随着对电能需求的显著增加和用电区域的扩大,直流电机显示出成本昂贵、常出事故等问题,所以从19世纪80年代起,人们又投入了对交流电的研究,交流电具有通过变压器任意变化电压的长处1885年,意大利科学家法拉利提出了旋转磁场原理,对交流电机的发展具有重要意义。80年代末90年代初,人们发明了三相异步电动机,至今仍在使用。1891年以后,更加经济可靠的三相交流电得到普及,电力工业进入了一个新的发展阶段。 

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