【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學(xué)叢書編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來自學(xué)。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的注解。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學(xué)叢書』其實(shí)還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專業(yè)術(shù)語和計(jì)算模式的來由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書6677版』上傳成文字版。

第五章交流電

【山話||? 本系列專欄中的力單位達(dá)因等于10??牛頓；功的單位爾格等于10??焦耳；熱量的單位卡路里等于4.186焦耳；電荷的單位靜庫（1庫倫=3×10?靜庫）；電勢(shì)的單位靜伏等于300伏特。另外這套老教材中力的單位常用公斤、克等，但如今是不允許的，力是不能使用質(zhì)量單位的?！?

§5-2交流發(fā)電機(jī)

【01】發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能的一種裝置。能夠發(fā)出交變電流的發(fā)電機(jī)叫做交流發(fā)電機(jī)。

【02】圖5·4是最簡單的交流發(fā)電機(jī)的示意圖。圖中 N 和 S 是永磁體的兩極；K? 和 K? 是兩個(gè)滑環(huán)，它們分別和矩形線圈的兩個(gè)端點(diǎn)焊接在一起，組成發(fā)電機(jī)的內(nèi)電路；B? 和 B? 是兩個(gè)電刷，它們作為外電路的兩個(gè)端點(diǎn)，分別與滑環(huán) K? 和 K? 作可以相對(duì)滑動(dòng)的接觸。當(dāng)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑環(huán)也跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)，它通過電刷與外電路接通組成一個(gè)全電路。由于在內(nèi)電路里存在著交變的感生電動(dòng)勢(shì)，因而在全電路里就形成了交變電流，外電路的小電珠里通過電流就發(fā)出光來。

【03】這種簡單發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)變化，遵循正弦規(guī)律的，它的大小 伏特。

【04】可見為了增大感生電動(dòng)勢(shì)，就需要增強(qiáng)磁場強(qiáng)度 H、增多線圈的匝數(shù) n 和增長切割邊 ab 和 cd 的長度 l，以及加快切割邊 ab 和 cd 的線速度 v? 。

【05】在實(shí)際應(yīng)用的發(fā)電機(jī)中，為了有效地加強(qiáng) H，總是用電磁鐵代替永磁體。電磁鐵的鐵心是由硅鋼片制成的，它的線圈（叫做激磁線圈）與直流電源相連接，有固定的 N 極和 S 極。通常把用來形成磁場的永磁體或電磁鐵稱為感應(yīng)體。

【06】圖5·5表示一個(gè)有兩個(gè)磁極的交流發(fā)電機(jī)的示意圖。圖中的外圈表示上述的感應(yīng)體，中部表示一個(gè)叫做電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)體。電樞是一個(gè)圓柱狀的鐵心，在圓柱面上開有 2n 個(gè)凹槽，槽內(nèi)繞著 n 匝串聯(lián)著的線圈。

【07】這種發(fā)電機(jī)的感應(yīng)體是固定不動(dòng)的，它的電樞由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，在不停地轉(zhuǎn)動(dòng)著，它通過滑環(huán)和電刷向外電路供給著交變電流。我們稱它為旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)。

【08】這種發(fā)電機(jī)的電壓一般不超過 500 伏特。一方面因?yàn)殡姌兴嫉目臻g不能太大，這就限制了線圈匝數(shù)的增多；另一方面，當(dāng)速度過大、電壓過高時(shí)，由于在滑環(huán)與電刷間的滑動(dòng)接觸處容易引起火花，造成災(zāi)害，所以旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)的功率一般都是較小的。

【09】比較廣泛應(yīng)用的大功率發(fā)電機(jī)是所謂旋轉(zhuǎn)磁場式發(fā)電機(jī)。它的構(gòu)造特點(diǎn)是把產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)的電樞作為發(fā)電機(jī)的固定部分，叫做定子；把電磁鐵作為發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，叫做轉(zhuǎn)子。

【10】如圖5·6所示，旋轉(zhuǎn)磁場式發(fā)電機(jī)的定子是一個(gè)鐵制圓筒，在它的內(nèi)表面上有平行的溝槽，溝槽里繞著電樞。轉(zhuǎn)子是一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的電磁鐵。電磁鐵的激磁線圈所需要的直流電，是通過電刷、滑環(huán)由另外的電源供給的。因?yàn)楦袘?yīng)體的電壓在 250 伏特以內(nèi)就夠了，所以旋轉(zhuǎn)磁場式發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上要比旋轉(zhuǎn)電樞式發(fā)電機(jī)簡單得多。

【11】當(dāng)轉(zhuǎn)子用某種發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí)，它所產(chǎn)生的磁場也隨著一起旋轉(zhuǎn)，結(jié)果磁力線與定子溝槽里的導(dǎo)線有相對(duì)的切割運(yùn)動(dòng)，因此在定子線圈組里就產(chǎn)生了交變電動(dòng)勢(shì)。如果把定子線圈組與外電路接通，那就有交變電流形成。

【12】當(dāng)交流電發(fā)電機(jī)只具有一對(duì)磁極時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周、電流完成一次全振動(dòng)；如果我們要獲得 50 赫茲的頻率，那就必須要使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到 50 轉(zhuǎn)/秒，即 3000 轉(zhuǎn)/分。在用汽輪機(jī)帶動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速確可達(dá)到這樣高。

【13】為了減低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，我們必須增多磁極的對(duì)數(shù)。如果發(fā)電機(jī)里用兩對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周電流就完成兩次全振動(dòng)；如果用四對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周電流就完成四次全振動(dòng)；如果用 n 對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周電流就完成 n 次全振動(dòng)。因此，多磁極交流發(fā)電機(jī)的頻率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系可用下式表示：，式中 f 為頻率（赫茲），n 為磁極對(duì)數(shù)。

習(xí)題5-2

1、交流發(fā)電機(jī)的主要構(gòu)造有哪幾部分？各有什么作用？現(xiàn)代大型交流發(fā)電機(jī)用什么做轉(zhuǎn)子？為什么？

2、有一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)，電樞線圈的長寬各為 10 厘米，共有 200 匝，H＝400 奧斯特，轉(zhuǎn)子在勻強(qiáng)磁場中每秒鐘轉(zhuǎn) 5 周，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)軸和磁力線相互垂直，求線圈中感生電動(dòng)勢(shì)的平均值是多大？[提示：]【1.6伏特】

3、一臺(tái)發(fā)電機(jī)供給 100 盞并聯(lián)電燈用電，每只燈泡的電阻是 1220 歐姆，所用電壓是 220 伏特，連接導(dǎo)線的電阻是 4 歐姆，發(fā)電機(jī)內(nèi)電阻是 0.8 歐姆，求發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)、路端電壓和輸出功率?！?06伏特，292伏特，5.26千瓦】