手摇发电机演示装置
作者：孙煜鑫
来源：《未来英才》2017年第03期
摘要：可演示发电机是基于电磁感应定律和电磁力定律，其构造的一般原理是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以达到能量转换的目的。世界上的事物没有尽善尽美的，每一种事物总是或多或少地存在着这样、那样的缺点，人们总是希望事物能够变得愈来愈完善，愈来愈能满足我们方方面面的需要。这种客观存在与主观愿望之间的矛盾，就孕育着创新的种子，为我们进行发明创造提供了动力。 关键词：手摇发电机演示装置
发电机（英文名称：Generators）是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，通常是由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流、气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。1832年，法国人毕克西首次发明了手摇式直流发电机，其原理是通过转动永磁体使磁通发生变化而在线圈中产生感应电动势，并把这种电动势以直流电压形式输出。我们也能用生活中的玩具电机做个小小的手摇发电机呢。
如果用一根细导线在一个铁钉上绕许多圈，接上电池就可以变成一个电磁铁，也即电能生磁，同理，磁也可产生电，当小电机中的绕有导线的转子发生转动时，与电机中的磁铁定子相互作用就产生了电。发电机的形式很多，但其工作原理都基于電磁感应定律和电磁力定律，其构造的一般原理是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以达到能量转换的目的。
本演示装置所需要的制作材料主要有：大小齿轮、摇动手柄、皮带轮、橡皮筋、方木条和双色LED发光二极管、水管固定夹、自攻螺丝等。所需的制作工具有：热熔胶枪、螺丝刀、剪刀、美工刀、锉刀等。 具体的制作步骤如下所述。
操作要领有：先制作底座，再安装电动机、皮带轮，安装双色发光二极管，并连成回路，最后安装变速齿轮，调整转动部位的摩擦并进行测试。 电路原理图为：
作装置的底座，由二根70mm长的方木条、二根10 mm长的方木条，用热熔胶粘合成手摇發电机的底座。
安装电动机、皮带轮，取一只内径为20mm的自来水管的固定夹，用自攻螺丝固定在长方本条的一端，在管夹处安装上玩具电机，在长方本条电机下端钻孔，确保用橡皮筋作为皮带轮时弹性适合，插入安有皮带轮的圆木棍，确保皮带轮能带动电机自由转动。
安装双色发光二极管，在长方木条的上端，用热熔胶固定好双色发光二极管，用导线将双色发光二极管的二极与玩具电机的二极相连接。
安装变速齿轮，在皮带轮的另一侧安装上小齿轮，再在下方安装大齿轮，并确保齿轮间留有二张纸的间隙，在大齿轮的中心孔处做好记号，拧上自攻螺丝，最后在大齿轮上安装摇动的手柄。
调整转动部位的摩擦，在转轴处加上合适的润滑油，以减少转动部位的摩擦，以不同方向快速转动并进行测试，一个方向上快速转动双色发光二极管为红色点亮，另一个方向上快速转动双色发光二极管为绿色点亮。
用本演示装置，可体现发电机是基于电磁感应定律和电磁力定律，其构造的一般原理是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以达到能量转换的目的。我们不仅可以认识到直流电动机不仅能将电能转化为机械能，而且还能将机械能转化为电能，并很神奇地点亮了双色发光二极管。你可以设计出更加美观而又小巧实用的手摇发电机，它的支架还能可用生活什么材料去做？其转动部分可怎样进一步地减小摩擦？这里采用的发光二极管有什么特别之处？为何摇动的速度达到一定程度以上时，才能点亮双色发光二极管？不妨思考还有没有更好的更灵敏的测试方案？它还有什么缺点需要改进？
本手摇发电机演示装置的制作及改进过程中，主要采用的是缺点列举法。 “缺点列举法”是针对某个产品或事物，通过一定的实践与思考，尽可能多地列举出它的缺点，然后在这基础上，找出主要的缺点加以改进。世界上的事物没有尽善尽美的，每一种事物总是或多或少地存在着这样、那样的缺点，人们总是希望事物能够变得愈来愈完善，愈来愈能满足我们方方面面的需要。这种客观存在与主观愿望之间的矛盾，就孕育着创新的种子，为我们进行发明创造提供了动力。这种方法能激励人去革新和创造。以伞为例，常用伞的缺点：遇上大风会“吹顶”；布面遮挡前方视线；易遗忘丢失；伞尖容易刺痛人；拿伞的手不便于再提别的东西；乘公共汽车时伞上的水会沾湿别人的衣服；回家要撑开、晾干；伞骨容易折断；伞布透水，裤脚易被雨水打湿；花样少，样子一样，不容易识别等。针对上述种种缺点，制伞工厂研制出各式各样的伞：便于收藏、携带的折叠伞；伞面用透明塑料不挡视线的伞；伞布经防处理的不透水的伞；伞布有多种图案便于识别的伞；适合于两人用的椭圆形伞；伞顶加集水器，收伞后雨水不会漏在车内的伞；张开方便的自动伞；伞柄内装电筒便于夜间行路的照明伞；伞柄内装半导体收音机可边走边收听节目的伞，等等。可见，缺点就是问题。解决问题的前提是发现缺点、找出问题。缺点列举法的使用原则，就是从“有什么缺点需要改进？”来找出更好的办法。 参考文献
[1] 希望列举法与缺点列举法于产品的细节设计中的应用.张超，周宁昌《科技资讯》2009. [2] 基于缺点列举法的产品设计.何文波，刘丽萍《河南科技大学学报：社会科学版》2006.
手摇发电机演示装置
