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    手搖玩具看發電裝置

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    近日在日本購買了發現一個小玩偶,毋須用外置電源,只需利用手搖裝置順時針方向轉動或逆時針方向攪動,就能令小玩偶向前行動或倒後行動,十分有趣。除了玩樂外,當中蘊藏著 STEM 元素,現在就讓大家逐一探討。
    細心看手搖小玩偶分為兩個部分,分別是手搖控制器和機械小玩偶,由兩條電線接駁著。手搖控制器內藏有一個摩打,摩打的一端連接著一組齒輪組,而齒輪組亦接駁著一個手柄。

    手搖小玩偶結構

    摩打的另一端有電線與機械小玩偶相連。當手柄轉動時就能帶動齒輪組,同時齒輪令摩打一起轉動。小玩偶身上裝有小型摩打,並連接簡單的齒輪和腳部的一組連桿,當小型摩打通電就能透過小型摩打轉動,引導齒輪組帶動接桿組轉動。
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    手搖的部分主要是轉動手柄裝置、齒輪組和摩打。
    手搖的部分主要是轉動手柄裝置、齒輪組和摩打。

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    從透明的玩具,可看到機械小玩偶內有摩打及齒輪組。
    從透明的玩具,可看到機械小玩偶內有摩打及齒輪組。

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    電源究竟在哪兒?

    當手搖裝置的手柄慢速轉動時,小玩偶並沒有任何反應,但是當手搖裝置的手柄快速轉動時,就能令小玩偶兩腳下的齒輪活動,而驅使玩偶前行或後退。
    其實手搖裝置是一台簡單的手搖發電機,內藏有不同大小的齒輪組產生齒輪比,手柄轉動1圈就能令手搖發電機轉動 50 圈,把動能轉化成電能,再經電線流送往小玩偶身上的小摩打,令它流電而轉動。當小摩打轉動時,能夠帶動小玩偶的齒輪組令腳下齒輪轉動使它前進。如果把手搖發電機手柄向相反方向轉動,發電機所產生的電流會經過另一條電線傳送至小型摩,從而令它向反方向轉動。
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    小玩偶兩腳下的齒輪。
    小玩偶兩腳下的齒輪。

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    向前轉動,小玩偶就會向前移動;相反,向後轉動,小玩偶就會向後移動。
    向前轉動,小玩偶就會向前移動;相反,向後轉動,小玩偶就會向後移動。

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    電流磁效應

    手搖發電機與摩打的原理是相反的,摩打是利用通入電流的線圈產生磁場而形成電磁鐵,以磁鐵間的磁力作用推動線圈作功,是運用「電流磁效應」原理將電能轉換功的裝置。當線圈在磁鐵的兩極間轉動,線圈內的磁場改變,因此產生感應電流,就是「電磁感應」原理,將動力作功時轉換成電能的裝置。

    電流磁效應原理是將電能轉換功的裝置。
    電流磁效應原理是將電能轉換功的裝置。

    小型發電機變成大發電機

    手搖裝置高速轉動摩打就能變成手搖發電機,如果能夠增加手搖發電機內的線圈數目及磁鐵,與電磁鐵之間變化次數和速度,就能夠製造出更多的電量。
    手搖發電器的運作原理和風力發電機的大同小異,分別在於手搖發電器是用手轉動發電機,而風力發電機就是利用風吹的力量令風車葉轉動來推動巨型發電機產生電力。
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    當線圈數目及磁鐵增加,就有機會產生較大的電量。
    當線圈數目及磁鐵增加,就有機會產生較大的電量。

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    傳統發電是用熱力產生蒸氣推動窩輪。
    傳統發電是用熱力產生蒸氣推動窩輪。

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    同樣,發電廠燒媒發電的發電機,就是利用燃燒煤的方式替大水缸加熱產生水蒸氣,並利用噴出水蒸氣產生的巨大衝力來推動窩輪,令發電機高速轉動產生電流。至於核電廠就是利用核的原子碰撞釋放熱能令大水缸加熱產生水蒸氣,同樣利用噴出來的水蒸氣衝力推動窩輪令發電機產生電流。
    水力發電也是運用類似的原理。
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    反之,水力發電就是利用水的衝力來發電,由位於高處的水流向低處時產生的能量轉換,水在高處會儲存位能,當水向下流動時就能轉化成動能(水的衝力),就可推動窩輪令發電機高速轉動產生電流。由此可見水力發電是較為環保,不會因為燃燒煤或核的原子分裂而產生對地球環境造成破壞的污染物。
    STEM 教育要著重學生的聯想能力,要懂得找出物件之間的關聯,就能有更大更廣的發現及創造。

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