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我們(men) 每天都離不開電，也知道家用電是從(cong) 發電廠發出來的。但是發電廠是如何發電的呢？是誰第一個(ge) 發現了這個(ge) 原理呢？要了解這些，我們(men) 首先要從(cong) 一個(ge) 人物——法拉第——說起。

一.電磁感應現象

丹麥物理學家奧斯特發現了電流的磁效應之後，英國物理學家法拉第就想到：既然電流能夠產(chan) 生磁場，那麽(me) 反過來，磁場是否能夠產(chan) 生電流呢？因為(wei) 在法拉第的時代，人們(men) 用電都是使用鋅、銅和鹽水製作的伏打電池，這種電池製作麻煩，電壓小，發出的電不適於(yu) 普通人使用。但是自然界的磁鐵資源非常豐(feng) 富，如果使用磁鐵發電，那麽(me) 電就能進入千家萬(wan) 戶了。

法拉第為(wei) 了這個(ge) 理想進行了艱苦的實驗，他最初的想法是將一塊磁鐵放在螺線管中，期待著電路中產(chan) 生電流，但是一直沒有獲得成功。終於(yu) ，在1831年，法拉第的實驗獲得了突破，他發現：隻有在磁鐵插入或者拔出螺線管的過程中，電路中才會(hui) 產(chan) 生電流。

我們(men) 用現代的方法可以把法拉第的實驗等效成上麵的情況：用一個(ge) 螺線管連接電流表，將一根磁鐵插入螺線管的過程中，電流表就會(hui) 產(chan) 生示數。而且，插入的速度越快，電流表指針的偏轉就越大。同樣，在磁鐵拔出螺線管的過程中，電流表指針也會(hui) 偏轉，隻是方向相反。但是，如果磁鐵在螺線管中保持靜止不動，電路中就沒有電流產(chan) 生了。

法拉第終於(yu) 明白：隻有在運動和變化的過程中，磁鐵才能夠產(chan) 生電流。法拉第將他的發現總結成五種情況，其中應用在現代發電機的情況是：在磁場中切割磁感線的導體(ti) 可以產(chan) 生電流。

比如：我們(men) 將一根導線與(yu) 電流表相連，並且使得導線向右運動，這樣導線就好像刀一樣切斷了磁感線，電路中就會(hui) 出現電流。而且我們(men) 可以使用右手定則判斷電流的方向：如果磁感線穿過右手的手心，大拇指指向導線運動的方向，那麽(me) 右手四指的方向就是產(chan) 生的電流方向。

按照這個(ge) 原理，法拉第製作了早期的發電機，而英國財政大臣對發電機的用途表示懷疑。他問法拉第：你的發明很有趣，但是它有什麽(me) 用呢？

法拉第說：閣下，也許你很快就能對它收稅了。

果然，現在電已經成了我們(men) 生活必不可少的一部分，誰家用電不交錢呢？

二.直流電和交流電

早期的發電機產(chan) 生的都是直流電。所謂直流電，就是電流方向不發生變化的電流。現在我們(men) 的家用電都是交流電，所謂交流電，就是方向周期性變化的電流。

具體(ti) 來說，兩(liang) 孔插座中有一根線稱為(wei) “零線”，零線電壓與(yu) 大地相同，所以觸摸零線不會(hui) 觸電。另一根線稱為(wei) “火線”，火線電壓一會(hui) 兒(er) 比大地高，一會(hui) 兒(er) 比大地低。由於(yu) 電流從(cong) 高電壓流向低電壓，所以電流有時候從(cong) 火線流過用電器，再流回零線，有時候從(cong) 零線流過用電器再流回火線，每個(ge) 周期是1/50s，稱為(wei) 50Hz的交流電。交流電與(yu) 直流電相比最大的優(you) 點就是改變電壓十分方便，從(cong) 而可以進行高壓傳(chuan) 輸以減小損耗。

那麽(me) ，這種交流電又是如何產(chan) 生的呢？

交流電可以通過一個(ge) 線圈在磁場中轉動產(chan) 生。比如圖中這種情況：在線圈旋轉時，右側(ce) 導線向上運動，根據右手定則，產(chan) 生的交流電從(cong) c流向d；左側(ce) 導線向下運動，產(chan) 生的交流電從(cong) a流向b，所以整個(ge) 電路中的電流流向是c-d-a-b方向。在線圈外端通過兩(liang) 個(ge) 電刷與(yu) 外部電路相連，於(yu) 是電流就可以通過電刷從(cong) 上向下流過燈泡。

半個(ge) 周期之後，線圈旋轉半周，ab與(yu) cd交換位置，電流方向就會(hui) 變為(wei) b-a-d-c，這樣一來，電流就會(hui) 從(cong) 下向上流過燈泡。於(yu) 是就形成了交流電。如果線圈勻速轉動，就形成了正弦交流電。

也就是說，隻要能讓線圈與(yu) 磁鐵發生相對轉動，就可以產(chan) 生電流。在現代發電機中，旋轉的其實不是線圈，而是磁鐵，稱為(wei) “轉子”。而線圈是不動的，稱為(wei) “定子”。同時，出於(yu) 工程商的需要，發電機線圈有三組，任意兩(liang) 組線圈都夾60度角。

這樣一來，當磁鐵在線圈中勻速轉動時，三組線圈中分別產(chan) 生三個(ge) 正弦交流電，而且每一個(ge) 都比前一個(ge) 滯後1/3周期。

這三個(ge) 交流電會(hui) 具有共同的零線（中性線）和不同的火線（輸出線）。在供電時，如果我們(men) 把一根火線和零線接入用電器，就是家用電220V，如果我們(men) 把兩(liang) 根火線接入用電器，就變成了工業(ye) 用電380V。

那麽(me) ，我們(men) 如何才能使得線圈或磁鐵轉動呢？這就取決(jue) 於(yu) 發電機的種類。水力發電機是靠水的衝(chong) 擊使得渦輪機轉動，風力發電機是靠扇葉使發電機轉動，火力發電機是靠燃燒加熱水蒸氣推動渦輪機。這個(ge) 過程需要消耗外界的能量。總之，發電機就是把其他形式能量轉化成電能的機器。

發電機被發明之後，各種用電器如雨後春筍般出現，人類由此進入了電氣時代。

三.沒上過學的科學巨匠

我們(men) 還要再談談法拉第——這個(ge) 將人類帶入電器時代的人。法拉第生於(yu) 一個(ge) 鐵匠家庭，由於(yu) 家庭貧困，他隻上了兩(liang) 年小學就輟學了，成為(wei) 了一名訂書(shu) 匠的學徒。不過，這份工作讓他接觸到了大量的圖書(shu) ，接觸了普通人無法接觸到的各種文獻，他被科學深深地迷住了。

在書(shu) 店裏一位老主顧的幫助下，20歲的法拉第有幸聆聽了化學家戴維的演講。他還把整理好的演講記錄寫(xie) 信郵寄給戴維，並表示了自己願意為(wei) 科學獻身的想法。

戴維看過法拉第的簡曆之後對他說：“年輕人我要告訴你，科學是很辛苦的，而且沒有多少回報。”

法拉第回答道：“我認為(wei) 科學本身就是一種回報。”

戴維被感動了，法拉第終於(yu) 成為(wei) 了戴維實驗室的一名助手，他的科學夢想從(cong) 戴維實驗室開始成為(wei) 了現實。後來，法拉第在物理、化學方麵都取得了驚人的成就，成為(wei) 了那個(ge) 時代最偉(wei) 大的科學家。

法拉第還是一位品德高尚的人。由於(yu) 自己早年的經曆，他非常重視對年輕學者的培養(yang) ，並且鼓勵了一批如麥克斯韋一樣的科學巨匠。他拒絕了對自己的封爵，還兩(liang) 次拒絕成為(wei) 皇家科學會(hui) 會(hui) 長，並表示不願安葬在西敏寺——牛頓等人的長眠地。於(yu) 是，人們(men) ，將他安葬在其他墓園，卻在西敏寺牛頓的墓碑旁樹立了他的紀念碑。

順便一說，他的入門恩師戴維也是一位著名化學家，人們(men) 認為(wei) 戴維最大的貢獻就是發現了法拉第……

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