法拉第电磁感应:让磁铁"发一次电"
磁铁插进线圈,线圈两端冒出电压。今天全球所有的发电厂,都只是这条规律的工程化。
| 需要 | 一个线圈(手绕 100 圈以上,或用电机里拆的线圈)、强磁铁、万用表(交流 mV 档)或手机录音当示波器 |
| 时间 | 40 分钟 |
| 花费 | ¥20 |
| 难度 | ★★☆ |
| 验收 | 磁铁进出线圈时电压明显超过噪声;磁铁越快电压越高;磁铁换方向电压也换向 |
为什么值得做
1831 年,法拉第发现:变化的磁场在线圈里产生电压。这是"电生磁"的反向——"磁生电"。
你今天能做的每件事,从手机充电到电动汽车,都靠它。
怎么做
- 手绕一个线圈:找一根塑料管/笔杆,绕 100–200 圈漆包线或细导线,两端留出线头。
- 线圈两端接万用表 DC mV 档。单次插/拔是单脉冲,DC 档能看到跳变;AC 档是交流耦合、按正弦 RMS 标定、低频响应差,单脉冲很可能读 0。
- 磁铁快速插进线圈、再抽出,看指针/读数跳动。
- 记录:插进和抽出时,电压方向(正负)是不是相反。
- 变化速度:慢插、快插,对比峰值电压。
- 换更强的磁铁、或把两个磁铁叠起来,再比。
为什么有电压
法拉第定律:
V = -N · dΦ/dt
N 是圈数,dΦ/dt 是磁通量变化的速度。所以:圈数越多、磁铁动得越快、磁铁越强,电压越高;磁铁不动,电压为零。
AI 可以怎么帮你
- 估电压:
100 圈线圈,直径 2cm,磁铁表面场强约 0.3T,我 0.1 秒把磁铁插入。估一下感应电压大概几毫伏?万用表 mV 档够不够? - 用手机当示波器:
我没有示波器,怎么用手机录音口 + 音频线把感应电压录下来看波形?写清楚接线和软件。 - 画波形解释方向:
插进和抽出时电压一正一负,为什么?结合楞次定律解释,并画磁铁位置-电压草图。 - 升级成发电机:
能不能把磁铁改成旋转的、线圈固定,做一个小发电机点亮 LED?给出具体结构和零件。
坑
- 单次插拔用 DC mV 档看跳变/峰值保持;只有连续快速往复时 AC 档才有意义。有示波器或手机录音口更好。
- 万用表 mV 档可能看不到(电压太小),先绕 100 圈以上、用强钕磁铁。
- 磁铁别靠太近信用卡、硬盘、手机指南针。
- 线圈线头氧化会导致读数不稳,刮亮再夹。
想再往前一步
- 测峰值电压随速度变化,画 V–速度 图,验证近似线性。
- 绕 50 圈 / 100 圈 / 200 圈各做一次,验证 V ∝ N。
- 把磁铁装在自行车辐条上、线圈固定在车架,骑一圈看能不能点亮 LED——你就做了一台发电机。
安全
低电压,安全。强钕磁铁注意夹手,别吞下小磁铁。
做完把结果贴到 RESULTS.md。