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改良的法拉第定律系列教具

電力是人類近代文明的基礎,電力的使用更進一步促成了科技發展一日千里。事實上電力也是所有國家經濟成長的原動力,與現代化的生活息息相關,現代人很難想像缺電的生活。

 

臺灣電力陪伴著臺灣從純樸走向繁華,從農業走向工商業,從小康走向富裕,但是,發電機原理是甚麼?為甚麼發電需要使用能源?發電廠中又有那些主要的設備?一般民眾大多答不出來!臺灣沒有自產的化石能源,化石能源幾乎全賴進口,各種能源各有優缺點,能源的取捨關乎臺灣電力的供需,也是國家政策,然而,其中的科學原理為何呢?

 

法拉第原理是電磁學四大定律之一,在電磁學中的重要性不言可喻,但是法拉第定律教學的難度較高,不經過實驗的法拉第定律教學,常令學生覺得索然無味,困難重重。至於法拉第定律伴隨的能量轉移,在設計創新發電機時至為重要,在教學中卻常未能清楚闡明。

 

由科技部補助之科學教育實作計畫,周鑑恒副教授研發一套法拉第教具,演示法拉第定律從簡單理論到實際工程的各項重點。這套教具從最簡單的法拉第定律,到法拉第定律之最終應用,由淺入深逐步演示,讓人們可以很直觀地了解法拉第定律的重要細節以及實際用於發電廠的情形。這一套原創的教具包括:

 

  • 一、與現有鋁管/磁鐵搭配周教授於二十多年前研發的壓克力管,外加多個感應線圈教具,此教具讓超強磁鐵從透明壓克管中落下,而使纏繞在壓克力管外的感應線圈產生電動勢,點亮兩組導通方向相反的LED燈,讓人們可以目視磁鐵通過線圈的狀況,又可以演示感應電流之方向。
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  • 二、擺錘發電機,是一具造型優點的奇異發電機,可以演示楞次定律、磁剎車和能量轉換之間的關係。
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  • 三、重力發電機,則突顯發電過程中能量守恆。在發電過程中,能量不能無中生有,要使用更多的電力,就必須消耗更多的能量。
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  • 四、小型風力發電機和小型火力發電機,揭露真實發電廠的重要部件,例如:能源(風力、火力)、轉換器(風車、引擎)、發電機以及傳輸與負載(各種電器)。
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這是一套完整具教學價值的教具,有助於提高法拉第定律之教學品質與深度,可用於學校教學,也有助於民間大眾掌握發電廠的發電原理與使用能源的方法。市面上有些教具常被仿製,但人們多不知原型出自何方,藉此機會讓國內外科學教具工作者知道這套教具是臺灣原創的作品。

更新日期 : 2016/07/13