玩偶靜電+白熾吊燈=電磁感應(yīng)(物理學(xué)實(shí)驗(yàn)探索)
? ? ? ?本文并非本人的突發(fā)奇想,而是來(lái)源于春節(jié)在家中無(wú)意觀察到的現(xiàn)象,當(dāng)時(shí)沒(méi)有來(lái)得及拍攝,所以先將思路記錄在本文里。

? ? ? ?選擇一個(gè)長(zhǎng)方形玩偶,比如當(dāng)時(shí)用的是B站小電視玩偶,類(lèi)似下圖:

? ? ? ?表面較粗糙,帶有毛絨的玩偶,在與較光滑的絕緣體,如塑膠椅子摩擦后,會(huì)帶有部分正電荷,屬于靜電現(xiàn)象。特別是在冬季,空氣較為干燥,空氣中可以轉(zhuǎn)移電荷的液滴非常少,不利于及時(shí)轉(zhuǎn)移靜電,所以各物體間的絕緣電阻大,不良導(dǎo)體上容易聚集電荷,靜電現(xiàn)象尤為明顯,玩偶帶的正電荷量也更大。
? ? ? ?用手臂正抓住玩偶的一條立方棱,豎直旋轉(zhuǎn)上拋,脫離手后,玩偶可以忽略?xún)?nèi)部形變和應(yīng)力的影響,看作質(zhì)量分布中心對(duì)稱(chēng)的立方型剛體,并且忽略空氣的阻力和電荷的影響,將玩偶的運(yùn)動(dòng)分解成豎直上拋的平動(dòng)和在豎直方向繞質(zhì)心兼幾何中心的勻速轉(zhuǎn)動(dòng),將玩偶表面累積的正電荷看作相對(duì)位置電荷密度不變的相對(duì)靜電,并將旋轉(zhuǎn)形成的相對(duì)電流抽象成以質(zhì)心為圓心,半徑由電流大小積分平均統(tǒng)計(jì)得出的豎直電流環(huán)。又由畢奧-薩法爾定律的變體得出,電流環(huán)對(duì)圓心正前方一定距離的位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度元,可以正交分解成豎直和水平兩個(gè)方向,沿圓周作環(huán)路積分得,豎向微分因圓周對(duì)稱(chēng)性會(huì)和自身差半個(gè)相位的微元相互抵消,而水平方向的微元?jiǎng)t可以線性積分累計(jì)起來(lái),形成只有水平方向的總磁感應(yīng)強(qiáng)度。

? ? ? ?而玩偶在豎直方向的運(yùn)動(dòng)速度,又讓其正前方的接近水平的白熾吊燈的燈絲被磁感線豎直切割。將嚴(yán)格位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度近似估算,放到整個(gè)燈泡的位置范圍,又由法拉第電磁感應(yīng)定律算出燈絲回路中的感生電流,再用歐姆定律算出燈的發(fā)熱功率,最后由轉(zhuǎn)化效率公式得到光通量,計(jì)量特定時(shí)間的發(fā)光強(qiáng)度。白熾燈利用了燈絲電阻的電流熱效應(yīng),使燈絲溫度上升到白熾程度而發(fā)光,并將熱輻射的峰值波長(zhǎng)控制在可見(jiàn)光范圍內(nèi),但仍有很多輻射以紅外線的方式被損失掉,再加上電流熱效應(yīng)的損耗,最終導(dǎo)致白熾燈的發(fā)光效率較低。

? ? ? ?可以推導(dǎo)出光強(qiáng)隨時(shí)間變化,因?yàn)樯蠏佭\(yùn)動(dòng)的速度變化圖像,和磁場(chǎng)位置偏離的幾何效應(yīng),最終導(dǎo)致效應(yīng)體現(xiàn)為:玩偶轉(zhuǎn)過(guò)吊燈前方時(shí),吊燈在黑暗中會(huì)閃光。本人猜想這個(gè)效應(yīng)也算間接通過(guò)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了電磁感應(yīng)定律。

? ? ? ?以上展現(xiàn)最底層的原理,圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)。

? ? ? ?本文畢竟只是本人的獨(dú)立猜想,若有不足之處,歡迎指正。