电磁感应在生活中的应用

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一、现代电力的源头――发电机

电磁感应现象最重要的一个应用是制造发电机，其基本原理是：闭合电路的一部分绕成线圈，然后在磁场中转动切割磁感线，产生感应电流(如图所示)，上课时用到的手摇发电机就能清楚演示这样的发电过程。

1　汽轮发电机――由汽轮机驱动的发电机

汽轮发电机在火力发电厂和核电站中广泛应用，其原理是利用高温高压的气体(例如水蒸气)推动汽轮机转动，再带动发电机的转子转动来发电，为了得到较高的效率。一般汽轮机的转速通常在1500r／min以上，高速汽轮发电机为了减少损耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子，目前，汽轮发电机的最大容量已达到130～150(×104kW)，从1986年以来，高温超导体材料研究取得了重大突破，超导技术可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞跃。

2　水轮发电机――由水轮机驱动的发电机

水轮发电机应用于水电站中，利用水流推动水轮机转动，再带动发电机发电，所以，为了使水流具有较大的能量，在建造水电站时往往要建造拦河大坝(例如三峡大坝)，用于提高水位，增加水的势能，有利于发电，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大，通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型高速发电机多采用立式结构，由于水电站多数处在远离城市的地方，通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了较高的要求，所以，水轮发电机的外形与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短，水轮发电机组的优点是启动、并网所需时间较短。运行调度灵活，水轮发电机组的最大容量已达70×104kW。

3　风力发电机――由风力驱动的发电机

风力发电机是将风能转换为电能的机械，又称风车，其工作原理是利用风力带动风车叶片旋转，然后通过增速机将旋转的速度提升，再带动发电机发电，依据目前的风车技术，大约是3m／s的微风，便可以开始发电，风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行，我国的新疆、甘肃、江苏等地区也正在推广，风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成，每一部分的功能为：叶片用来接受风力并通过机头将风能转化为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能，机头的转子是永磁体，定子绕线组切割磁感线产生电流，风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使电能变成化学能，然后再用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成家用交流电，才能保证稳定使用。

4　柴油发电机――由柴油机驱动的发电机

柴油发电机是以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械，整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、启动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成，由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护以及工厂、企业、医院等部门，作为备用电源或临时电源。

事实上，生活中还有很多适应不同需要的发电机。例如手摇发电式手电筒、可配装在自行车上的微型发电机及一些特殊用途的微型发电机等，同学们可以在生活中找找看，了解一下它们的工作原理是否都一样。

二、厨房中的新型灶具――电磁炉

电磁炉是利用电磁感应现象将电能转换为内能的厨房电器，在电磁炉内部，由整流电路将频率较低的交流电变成直流电，再经过控制电路将直流电转换成高频电流(即高速变化的电流)，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场。当磁场内的磁感线通过金属器皿(导磁又导电的材料)底部时，金属体内会产生无数的小涡流(感应电流)，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西(如图所示)，电磁炉与其他炉具比较，优点很多。

(1)热利用率高，更节能

电磁炉的优势首先表现在它的热效率极高，电磁炉工作时，器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西，向外散热较少，而传统炉具，如石油气灶、煤气灶等，先烧红器皿底部再通过热传导加热锅内食物。有部分热耗用在燃烧空气上，向外散热较多，热效率普遍较低。

(2)无明火烹调，更安全

电磁炉使用效果与煤气灶完全不同，在使用过程中不会产生明火，炉面本身亦不发热，炉体内没有高于250℃以上的高温部件，不会发生灼伤事故，同时。电磁炉表面的耐热陶瓷板，要求放在它上面的金属锅一定要有足够的接触面积才会产生内能，如接触面积过小，则不会发热，即使将汽油洒在炉面上也不会引起燃烧，绝不会如其他灶具经常导致火灾事件，更不存在因泄漏煤气而引发的种种事端，而且当磁感线通过非金属物体时。不会产生涡流，故不会产生热，炉面和人都是非金属物体，因此没有被电磁炉烧伤的危险，更不怕风吹，不会爆炸或引起气体中毒，当把锅从炉面上拿下来时。电磁炉也会自动切断电源，可以说电磁炉是一种十分安全的灶具。

(3)清洁卫生，更环保

电磁炉被称为具有时代前卫气息的绿色炉具，因为利用磁场感应加热。不释放任何物质，无火、无烟、无味，也不升高室温，而使用传统炉灶，在煤炭、石油气、煤气燃烧时，因燃烧空气，以致室温不断上升，厨房油烟不断增多。同时会释放出一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等有害物质影响人体健康，电磁炉没有传统炉具诸多污染的问题，所以真正实现了清洁房间，保护环境。

当然，电磁炉还有很多优点，如操作简单、功能齐全、温控准确、外形美观等等，同学们可以自己去切身体验一下。

三、会场上的要员――动圈式话筒

动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，如图所示，当声源对着话筒发声时，声波使其中的金属膜片振动，连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动(做切割磁感线运动)，就产生了感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向都在变化，变化的振幅和频率由声源发出的声波决定。然后这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音来。

动圈式话筒主要由金属膜片和线圈、磁铁及外壳组成，它的优点是：结构牢固、性能稳定、经久耐用、价格较低，频率特性良好，50～15000Hz频率范围内幅频特性曲线平坦，指向性好，无需直流工作电压。使用简便、噪声小，缺点是：响应频率的范围(主要是高频部分)、灵敏度以及瞬时响应能力方面比另一种常用话筒――电容话筒稍逊一筹。

四、升降电压的功臣――变压器

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置：主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(如图所示)，当初级线圈中通有交流电流时。由于交流电的大小、方向在不断改变，所以铁芯中便产生变化的磁场，这个变化的磁场通过次级线圈时会产生感应电流(电路闭合时)，事实上，当电路断开时，虽然没有感应电流，但在电路两端会有感应电压，由于次级线圈与初级线圈匝数不同，感应电压U1和U2大小也不同，变压器就是通过这样的方法来改变电压的。

生活中，为了减少输电线路上的电热损失，要采用高压输电，我们就用变压器把发电机产生的相对较低的电压升高到几十万伏、几百万伏的高电压，到了用户端，又可用变压器将高电压降低到220V的民用电压，供我们的家用电器正常工作，各种型号的变压器广泛应用于生活中的各种电路中，为我们服务。

事实证明，电磁感应在电工、电子技术、电气化、自动化方面有着广泛应用，它推动着社会生产力和科学技术的发展。