法拉第磁生電實驗裝置

A. 如圖為法拉第研究電磁感應現象的實驗裝置，他將兩個線圈繞在同一個鐵環上，線圈A直接接在電源上，線圈B接

A、當開始S接通的瞬間，B線圈中磁通量發生變化，產生感應電流，根據楞次定律知，感應電流從負極流入，指針向左偏．故A錯誤．
B、當開關S斷開的瞬間，B線圈中磁通量發生變化，產生感應電流，根據楞次定律知，感應電流從正極流入，指針向右偏．故B錯誤．
C、拿走鐵環後，兩線圈相距較近且保持原狀，開關接通或斷開的瞬間，穿過線圈B的磁通量仍然發生變化，仍有感應電流，由於穿過的磁通量變化量較小，導致產生的感應電動勢變小，電流相對弱一些．故C正確．
D、開關閉合穩定後，線圈B中磁通量不發生變化，不產生感應電流．故D正確．
故選：CD．

B. 法拉第發現電磁感應現象的實驗裝置如圖所示，軟鐵環兩側分別繞兩個線圈，左側線圈為閉合迴路，在其中一段

（1）閉合電鍵後，線圈中的磁場方向為逆時針，且增加，故根據楞次定律，感應電流的磁場為順時針方向，故左側線圈中感應電流方向俯視順時針，故直導線有電流，小磁針旋轉一下，電路穩定後，無感應電流，小磁針不偏轉，故選B；

（2）只有電鍵閉合瞬間、斷開瞬間有感應電流，即原磁場變化時才有感應電流，故產生感應電流的條件是：穿過閉合迴路中磁通量發生變化．
故答案為：（1）B；（2）穿過閉合迴路中磁通量發生變化．

C. 變壓器為什麼能改變電壓

變壓器的種類和功能

我們知道，從發電站送出來的電壓高達104～106伏，經過各級變壓器後，輸送到我們家裡用的電壓卻只有220伏。這中間的電壓是如何發生變化的呢？這就是變壓器的神奇之處：改變電壓的「魔術師」。變壓器是根據電磁感應定律將交流電變換為同頻率不同電壓的交流電的非旋轉式電機。

我們的生活中的許多地方都離不開變壓器。發電站產生的電，先通過升壓變壓器把電壓升高，然後再送上電網，輸送到各個變電站，變電站又利用降壓變壓器，將電壓轉換成用戶需要的標准電壓220伏或者380伏，輸送給用戶。在我們家裡還有各種變壓器，它們將220伏的電壓轉換成4或6伏等不同的低電壓的給手機電池或者其他充電電池充電。這都是變壓器的電壓變化功能，變壓器還有許多其他的功能，如阻抗變換、隔離、穩壓（磁飽和變壓器）等。

變壓器有多種功能：

（1）高效、經濟、方便地升高電壓，減小電流，以滿足遠距離、大功率輸電的要求；

（2）方便地降低電壓，利於近距離供電，或進一步降低到安全電壓（如8伏、12伏、24伏等），以保證人身安全；

（3）變換電流；

（4）變換阻抗；

（5）變換相數；

（6）變換相角；

（7）既不變換電壓，也不變換電流和相角，只是以1∶1的變化將其兩側的電路用高強度絕緣予以隔離。

變壓器的發明

變壓器是隨著電磁感應現象的發現而誕生，經過許多科學家不斷完善、改進而最終形成。在一大批研究變壓器的傑出人士中，最為著名的是法拉第和亨利，他們奠定了電磁學真理的基石，而所有後來者則致力於科學大廈的完成。

1831年，法拉第在研究磁生電的實驗中設計了一套實驗裝置，並成功地發現了磁生電的現象。法拉第通過實驗發現了電磁感應現象。法拉第進行這個實驗的裝置實際上是世界上第一隻變壓器雛形，以後法拉第又做了數次實驗，同年10月28日還製成了第一台圓盤式直流發電機。同年11月24日，法拉第向英國皇家學會報告了他的實驗及其發現，從而使法拉第被公認為電磁感應現象的發現者，他也順理成章地成為變壓器的發明人。

隨後，經過許多科學家的共同努力，電磁學得到了完善和發展，變壓器也隨著社會的需要逐漸出現在人們的視野里。

在變壓器中，用來傳遞磁場的是鐵芯，使用高性能的鐵芯，可以減少變壓器因漏磁等原因引起的能量損耗，提高了變壓器的工作效率。

法拉第被認為是變壓器的發明人，但實際上最早發明變壓器的是美國著名科學家亨利。

1830年8月，亨利採用自製的實驗裝置進行磁生電實驗。當他合上開關K，發現檢流計P的指針擺動；打開開關K，又發現檢流計P的指針向相反方向擺動。實驗中，當打開開關K時，亨利還在線圈B的兩端間觀察到了火花。同時發現可以將大電流變為小電流，也可將小電流變為大電流。實際上，亨利這個實驗是電磁感應現象的非常直觀的關鍵性實驗，亨利這個實驗裝置實際上也是一台變壓器的雛形。但遺憾的是，他沒能及時發表他的成果，他將這件事擱置一旁繼續進行研究。直到1832年，亨利才發表了相關論文，與電磁感應現象的發現權和變壓器的發明權擦肩而過。特別值得一提的是，亨利實驗裝置比法拉第感應線圈更接近於現代通用的變壓器。

變壓器的工作原理

變壓器在我們的生活和生產中起到了非常重要的作用，可以說變壓器在電力系統中幾乎和發電機同樣重要。那麼它是如何「開展工作」的呢？下面我們一起來揭開變壓器的變壓之謎。

變壓器的基本構造是兩個線圈繞在同一鐵芯上。輸入電能的線圈，也就是接在電源的線圈，叫做原線圈（原繞組），輸出電能的線圈，也就是以電能供給受電器的線圈，叫做副線圈（副繞組）。這兩個電路之間根本沒有導體相連接，電流是不能從一個電路傳導到另一電路上的，電能也不能直接地傳遞，那麼電能是怎麼實現傳遞的呢？

根據電磁感應定律，我們知道電和磁是不可分割的，它們始終交織在一起。簡單地說，就是電生磁、磁生電。在通電導線周圍產生磁場，變化的電流則可以產生變化的磁場；在一個閉合電路中，如果通過的磁場發生變化，那麼這個電路中將有電流產生，即當磁鐵靠近線圈或遠離線圈時都會有電流產生。由於變壓器的兩線圈繞在同一鐵芯上，原線圈中的交流電由於電流大小和方向的交替變化產生磁場，通過鐵芯傳遞到副線圈中，再由交替變化的磁場在副線圈中產生新的交替變化的電動勢，在副線圈迴路中產生電流，這樣就完成了一個電能的傳遞過程。這種不用導線而能傳遞電能的現象就是變壓器的特性。

變壓器的副電路中的電流是一種感應電流，是由於副線圈中的感應電動勢所產生的，副線圈中能產生感應電動勢的原因則是穿過這線圈的磁通量時刻在變化（電磁感應現象），而產生這種變化的原因又是原線圈中的電流在不斷地改變著。由此可知，變壓器的副電路中產生電動勢的必要條件是原線圈中存在著時刻變化的電流。為了實現這個目的，變壓器就應用了交變電流為電源，直流電則不能產生感應電動勢，變壓器決不能用它為電源。發電廠所發的電通常是交流而非直流的最主要原因，就在於惟有交變電流才能利用變壓器來提高電壓增加輸電效率。

變壓器鐵芯一般用0.35或0.5毫米厚的兩面塗有絕緣層的硅鋼片疊成或捲成。變壓器鐵芯分為芯式和殼式兩大類。通常芯式鐵芯用於高電壓、小容量的變壓器；殼式鐵芯則用於低電壓、大容量的變壓器。鐵芯中通過交變磁通後將產生磁滯損耗和渦流損耗，也會引起副邊電壓的波形畸變和對原邊電壓的相位移。

因此，高頻中有用鐵氧體材料製作鐵芯的。頻率更高或精度要求極高時，常用非鐵磁材料（其磁性能與空氣非常接近）製作芯子，這種變壓器稱作空心變壓器。大型變壓器還有冷卻系統、保護裝置、出線裝置和油箱等部分。

原電路中的電流每有一次交變，鐵芯中的磁場也有一次交變，因而副電路中的感應電流也有一次交變，也就是說，原電路的交流和副電路的交流有著同一的頻率。

為加強磁場、提高效率，通常將兩繞組套在鐵芯上。磁通的絕大部分通過鐵芯，這部分磁通稱主磁通，它連接了原、副線圈。變壓器繞組由銅或鋁的絕緣扁導線或圓導線繞成。原、副線圈匝數不同，電壓不同。原、副線圈匝數比近似等於其電壓比。

超導變壓器

電力系統內部能量損失是一個非常重大的問題，除發電機的損失外，變電和輸電系統的損失也佔有很大的比例。據估計，我國變壓器的總損耗占系統總發電量的10%左右，如損耗每降低1%，每年可節約上百億度電。因此變壓器的節能降耗已是勢在必行。可以說，節能型變壓器的推廣對於解決我國電力供應緊張，建立節約型社會有著重大意義。超導技術的發展為減少變壓器等變電設備和輸電線路的損失提供了有力的技術支持。

當變壓器的初級繞組通電後，線圈所產生的磁通在鐵芯流動，因為鐵芯本身也是導體，在垂直於磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵芯的斷面上形成閉合迴路並產生電流，好像一個漩渦，所以稱為「渦流」。這個「渦流」使變壓器的損耗增加，並且使變壓器的鐵芯發熱，變壓器升溫增熱。由「渦流」所產生的損耗我們稱為「鐵損」。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在著較大的電阻，電流流過時，電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為「銅損」。

與傳統的變壓器相比，高溫超導變壓器的繞組導線為高溫超導材料，可以大大降低這部分損耗。同時採用液氮或傳導冷卻（製冷劑），冷卻效率大大高於傳統油浸式變壓器，因此可節約可觀的電能，也減少了對化石燃料的需求，減少了因化石燃燒而產生的各種污染。同時，由於沒有變壓器油，不必擔心火災和漏油造成的污染。

高溫超導變壓器具有體積小、重量輕、效率高、過負荷能力強、無火災隱患等優點。與傳統的變壓器相比，高溫超導變壓器的總損耗是傳統變壓器的31%，重量是46%，成本是77%。在我國，隨著城鎮用電負荷日趨增大，必須使用體積更為龐大的大容量變壓器來滿足用戶的需求，許多現有變電站都面臨重建的問題，由於在相同容量下超導變壓器的體積比常規變壓器小40%～60%，超導變壓器可直接安裝在現有的變電站內，從而節省了大筆建設經費。正是基於這些優點，高溫超導變壓器具有十分廣闊的發展前景。高溫超導材料的發現是超導材料發展的一個重要里程碑。目前，高溫超導電纜已進入實用階段，國內外廠家正積極開展高溫超導變壓器的研發工作。2003年，我國繼美國、瑞士、德國、日本等少數幾個國家之後成功研究出三相高溫超導變壓器樣機。這為下一步研製實用型高溫超導變壓器打下了堅實的技術基礎。

變壓器的種類

變壓器按用途可以分為：配電變壓器、電力變壓器、全密封變壓器、組合式變壓器、乾式變壓器、油浸式變壓器、單相變壓器、電爐變壓器、整流變壓器、電抗器、抗干擾變壓器、防雷變壓器、箱式變電器試驗變壓器、轉角變壓器、大電流變壓器、勵磁變壓器。

D. 變壓器發展歷史

變壓器是根據電磁感應定律，將交流電變換為同頻率、不同電壓交流電的非旋轉式電機。因此，變壓器是隨著電磁感應現象的發現而誕生，經過許多科學家不斷完善、改進而形成的。