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磁場、電磁感應的應用庄秋艷(2)盧超穎(47)汽车防盗器●磁浮火車●變壓器●直流電鈴磁浮火車磁浮火車的特點•磁浮列車速度快,在1000公里至1500公里的距離範圍內可與航空器競爭;•耗能低,在500公里∕小時速度下能耗僅為飛機的1∕3,汽車的70%;•由於不存在車輪和鐵軌接觸的問題,因此震動小,舒適性好,維修也少;•一般採用電力驅動,無有害氣體排放,沒有環境污染或污染很小。什麼是磁浮火車?•磁浮火車是利用磁力使火車懸浮於路軌之上。但是,利用一般的磁鐵並不能把火車穩定地浮起。要是你將兩塊磁鐵的北極相對,你會發現無法使一塊磁鐵穩定地浮在另一塊上(如圖)。所以,要把火車浮起並不如想像中般簡單。(無法使一塊磁鐵穩定地浮在另一塊磁鐵上)磁浮火車是如何浮起來的•目前,磁浮火車還在試驗階段。德國科學家設計了一個名為Transrapid的系統,利用了「電磁力懸浮法」把火車浮起(如圖)。在這個系統中,火車的底部包著一條導軌,在火車底部起落架的電磁鐵向著導軌,磁力使火車懸浮在導軌之上約一厘米,即使在靜止的時候,火車仍然保持浮起。其他導引磁鐵則能使火車在行使時保持穩定。(Transrapid系統的原理)怎樣利用「電動力懸浮法」•日本的科學家則利用了「電動力懸浮法」把火車浮起。利用「電磁感應」現象,當磁鐵在導體附近移動,導體內的磁場會因而改變(如圖),並感應出電流。感應電流又能產生磁場,根據楞次定律,這樣產生出來的磁場總是阻礙引起這個感應的改變。「電動力懸浮法」應用了電磁感應的原理。磁浮火車的原理•圖(a)顯示了這種磁浮火車的原理。火車在導槽內行走,槽的兩邊安有一系列8字形的線圈。當一輛列車快速駛過時,車兩邊的超導磁鐵便會在線圈上感應出電流。巧妙的是,超導磁鐵在8字形的線圈中心以下經過,因此8字形線圈下半部的磁通量改變比上半部大,感應出如圖(b)所示的電流,產生磁力。8字形線圈下半部的磁極與超導磁鐵的磁極相同,上半部則與之相反,結果是這兩部分的線圈對超導磁鐵產生的磁力,都有一個向上的分力,把列車懸浮起來。由於8字形線圈只有在超導磁鐵運動時才能感應出電流並產生磁性,因此當火車靜止的時候,便不能浮起。所以,火車在啟動時會首先靠輪子來滑行,直到產生的磁力足以承托火車的重量,才將輪子收起來,就好像飛機起飛一樣。電動力懸浮法的技術怎樣推動磁浮火車?•移動的列車帶同超導磁鐵在導槽兩邊的線圈感應出電流,根據這些訊息,系統便會把交流電輸入導槽兩邊的推進線圈,產生南北梅花間竹的磁極(如圖),對超導磁鐵造成拉力和推力,使列車加速。磁浮火車的優、缺點•優點1.懸浮在路軌上行駛,免除了火車與路軌之間的磨擦2.能以高速飛馳。估計未來的磁浮火車能以高達500km/h的速度行駛,比現在最快的火車速度要高一倍。3.駕駛途中非常寧靜。•缺點建造導軌的費用昂貴。磁浮火車只能在這些導軌上走,大大限制了它的發展。估計未來的鐵路發展,仍會以傳統火車為主。世界上第一條商用的磁浮鐵路將於2003年於中國面世。這個計劃耗資26億元人民幣。返回變壓器變壓器原理•變壓器是一種利用電磁原理把能量從一個電路轉移到另一個電路,而不需活動零件的電力設備。•主要用途是轉變電壓。在電力運輸之中,變壓器擔當重要的角色。變壓器主要結構•由兩組匝數不同的線圈,纏繞同一軟鐵芯而成。●原線圈:接受輸入電流的線圈●副線圈:輸出電流的線圈變壓器1(組成)•原線圈:接上一個電池組和一個開關.•副線圈:接駁到一個電流計(如圖)變壓器2(接通開關時)•當我們接通開關時,電流計會有瞬間偏轉。磁場的變化率很高,所以副線圈中會產生感應電流。變壓器3(保持接通時)•如果開關保持接通,電流計不會再有偏轉。雖然磁場仍存在,但是磁場沒有變化,所以副線圈不會產生感應電流。變壓器4(開關斷路時)•當開關斷路時,電流計會瞬間向相反方向偏轉。磁場的變化率仍然很大,所以副線圈的感應電流會以相反方向流動。小結•變壓器(1-4)這個效應叫個互感。•即使兩個電路不是直接相通,但只要電流不是穩定電流,都可以輸送電流變壓器•我們將原線圈接駁到一個交流電源以保持一個不穏定的電流,而副線圈接上一個燈泡。因為副線圈不斷感應產生電流,所以燈泡會發光。這個裝置叫做變壓器。變壓器•原線圈和副線圈的電壓關系是:•原副線圈的電壓比等於它們的匝數比。•我們可以用這種裝置將交流電壓變成任何需要的電壓。這就是家居使用交流電源而非直流電源的原因。變壓器無法完成的工作•把直流電轉換為交流電,或把交流電轉換為直流電•變更直流電的電壓或電流變更交流電的頻率•把單相電流轉為多相電流變壓器種類種類匝數電動勢(E)電流(i)電流使用目的降壓變壓器N1>N2e1>e2i1<i2為了安全升壓變壓器N1<N2e1<e2i1>i2減少能量耗損返回直流電鈴電鈴電路圖按鈕按下後,電路會接通,有電流流經螺絲管。根據螺絲管的右手握拳定則,圖中P位置是磁北極,Q位置是磁南極。電鈴的工作原理•按鈕按下後,電路會接通,電磁鐵會產生磁場拉動鈴錘敲響鈴鐺,同時電路中的接觸點會斷開,磁場會消失,彈簧會將鈴鎚拉回原位。這時,接觸點又接通,電磁鐵又重新產生磁場拉動鈴鎚。只要按鈕保持按下,以上過程會不斷重複。補充電鈴的工作方式(1)●按下開關電鈴的工作方式(2)●產生電流電鈴的工作方式(3)●產生磁場電鈴的工作方式(4)●吸住擊錘電鈴的工作方式(5)●敲擊電鈴發出響聲資料來源:://sciedu.cc.nctu.edu.tw/://wuli.zgdata.net/
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