手搖發電機演示裝置

孫煜鑫

摘要：可演示發電機是基于電磁感應定律和電磁力定律，其構造的一般原理是：用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路，以達到能量轉換的目的。世界上的事物沒有盡善盡美的，每一種事物總是或多或少地存在著這樣、那樣的缺點，人們總是希望事物能夠變得愈來愈完善，愈來愈能滿足我們方方面面的需要。這種客觀存在與主觀愿望之間的矛盾，就孕育著創新的種子，為我們進行發明創造提供了動力。

關鍵詞：手搖發電機演示裝置

發電機（英文名稱：Generators）是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備，通常是由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動，將水流、氣流、燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發電機，再由發電機轉換為電能。發電機在工農業生產、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。1832年，法國人畢克西首次發明了手搖式直流發電機，其原理是通過轉動永磁體使磁通發生變化而在線圈中產生感應電動勢，并把這種電動勢以直流電壓形式輸出。我們也能用生活中的玩具電機做個小小的手搖發電機呢。

如果用一根細導線在一個鐵釘上繞許多圈，接上電池就可以變成一個電磁鐵，也即電能生磁，同理，磁也可產生電，當小電機中的繞有導線的轉子發生轉動時，與電機中的磁鐵定子相互作用就產生了電。發電機的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律，其構造的一般原理是：用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路，以達到能量轉換的目的。

本演示裝置所需要的制作材料主要有：大小齒輪、搖動手柄、皮帶輪、橡皮筋、方木條和雙色LED發光二極管、水管固定夾、自攻螺絲等。所需的制作工具有：熱熔膠槍、螺絲刀、剪刀、美工刀、銼刀等。

具體的制作步驟如下所述。

操作要領有：先制作底座，再安裝電動機、皮帶輪，安裝雙色發光二極管，并連成回路，最后安裝變速齒輪，調整轉動部位的摩擦并進行測試。

電路原理圖為：

作裝置的底座，由二根70mm長的方木條、二根10 mm長的方木條，用熱熔膠粘合成手搖發電機的底座。

安裝電動機、皮帶輪，取一只內徑為20mm的自來水管的固定夾，用自攻螺絲固定在長方本條的一端，在管夾處安裝上玩具電機，在長方本條電機下端鉆孔，確保用橡皮筋作為皮帶輪時彈性適合，插入安有皮帶輪的圓木棍，確保皮帶輪能帶動電機自由轉動。

安裝雙色發光二極管，在長方木條的上端，用熱熔膠固定好雙色發光二極管，用導線將雙色發光二極管的二極與玩具電機的二極相連接。

安裝變速齒輪，在皮帶輪的另一側安裝上小齒輪，再在下方安裝大齒輪，并確保齒輪間留有二張紙的間隙，在大齒輪的中心孔處做好記號，擰上自攻螺絲，最后在大齒輪上安裝搖動的手柄。

調整轉動部位的摩擦，在轉軸處加上合適的潤滑油，以減少轉動部位的摩擦，以不同方向快速轉動并進行測試，一個方向上快速轉動雙色發光二極管為紅色點亮，另一個方向上快速轉動雙色發光二極管為綠色點亮。

用本演示裝置，可體現發電機是基于電磁感應定律和電磁力定律，其構造的一般原理是：用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路，以達到能量轉換的目的。我們不僅可以認識到直流電動機不僅能將電能轉化為機械能，而且還能將機械能轉化為電能，并很神奇地點亮了雙色發光二極管。你可以設計出更加美觀而又小巧實用的手搖發電機，它的支架還能可用生活什么材料去做？其轉動部分可怎樣進一步地減小摩擦？這里采用的發光二極管有什么特別之處？為何搖動的速度達到一定程度以上時，才能點亮雙色發光二極管？不妨思考還有沒有更好的更靈敏的測試方案？它還有什么缺點需要改進？

本手搖發電機演示裝置的制作及改進過程中，主要采用的是缺點列舉法。 “缺點列舉法”是針對某個產品或事物，通過一定的實踐與思考，盡可能多地列舉出它的缺點，然后在這基礎上，找出主要的缺點加以改進。世界上的事物沒有盡善盡美的，每一種事物總是或多或少地存在著這樣、那樣的缺點，人們總是希望事物能夠變得愈來愈完善，愈來愈能滿足我們方方面面的需要。這種客觀存在與主觀愿望之間的矛盾，就孕育著創新的種子，為我們進行發明創造提供了動力。這種方法能激勵人去革新和創造。以傘為例，常用傘的缺點：遇上大風會“吹頂”；布面遮擋前方視線；易遺忘丟失；傘尖容易刺痛人；拿傘的手不便于再提別的東西；乘公共汽車時傘上的水會沾濕別人的衣服；回家要撐開、晾干；傘骨容易折斷；傘布透水，褲腳易被雨水打濕；花樣少，樣子一樣，不容易識別等。針對上述種種缺點，制傘工廠研制出各式各樣的傘：便于收藏、攜帶的折疊傘；傘面用透明塑料不擋視線的傘；傘布經防處理的不透水的傘；傘布有多種圖案便于識別的傘；適合于兩人用的橢圓形傘；傘頂加集水器，收傘后雨水不會漏在車內的傘；張開方便的自動傘；傘柄內裝電筒便于夜間行路的照明傘；傘柄內裝半導體收音機可邊走邊收聽節目的傘，等等。可見，缺點就是問題。解決問題的前提是發現缺點、找出問題。缺點列舉法的使用原則，就是從“有什么缺點需要改進？”來找出更好的辦法。

參考文獻

[1] 希望列舉法與缺點列舉法于產品的細節設計中的應用.張超，周寧昌《科技資訊》2009.

[2] 基于缺點列舉法的產品設計.何文波，劉麗萍《河南科技大學學報：社會科學版》2006.