1831年,被誉为英国最伟大的实验物理学家法拉第发现,导体在磁场中运动会产生电动势,而电动势是电源特性的一个重要物理量,简单来说就是磁电现象,法拉第把这种现象称为电磁感应。
法拉第盘发电机
在此基础上,法拉第发明了世界上第一台发电机。
自从发电机发明以来,人类真正进入电气时代,成千上万的电器融入我们的生活,让我们的生活方式更加高效、便捷、丰富多彩,这一切都归功于法拉第。
然而,令法拉第万万没有想到的是,他的重大发现如今被广泛应用于交通违规抓拍系统。
全球一天抓拍多少交通违法行为不言而喻,仅我国广东佛山一个高速路口,不到一年就抓拍了十多万起交通违法行为,罚款总数更是触目惊心。试想一下,全国乃至全球抓拍的交通违法行为有多少?罚款金额有多少?
这确实是一种不拘一格、物尽其用的做法。
那么在交通违法抓拍系统中,埋设在路口停车线、车道线下的地感线圈,是基于电磁感应原理的设备,地感线圈一般采用铜芯线制作,做法比较简单,就是将一定长度的铜芯线绕一定圈数即可。
先在停车线或者车道实白线上挖一个直径大约1米的矩形沟,然后在这个沟里埋入两到三圈铜芯线,这就简单地形成了一个埋入地下的电感线圈。
此线圈是振荡电路的一部分,由电容器组成。当汽车等较大的金属物体经过时,由于空间介质的变化,振荡频率会发生变化(有金属物体时振荡频率会增大),并将此变化作为汽车已通过“地面传感器线圈”的确认信号。
同时,这个信号开始和结束的时间间隔也可以用来测量汽车的速度。
简单来说,当有车辆经过线圈或者停在线圈上时,车辆本身的铁质会使线圈内的磁通量发生变化,导致线圈环路的电感量发生变化,检测仪就是通过检测电感量的变化来判断通过车辆的状态。
然后,当交通信号灯为绿灯时,传感器控制器关闭。当交通信号灯为红灯时,传感器控制器启动,车道中间实白线的传感器控制器会开启。只要车辆经过停止线或实白线,线圈就会产生微弱的电流,电流信号触发传感器,控制摄像头拍照。最后经过人工筛选,将错拍的照片进行人工筛选,准确率高达90%以上。
一般来说,国家标准要求摄像头抓拍率达到99%,但是实际情况会低于这个值,所以你可能就在1%里面。
摄像头抓拍的原理是:将摄像头固定在某个角度,取景器应该能看到停止线后面的大部分车身和红绿灯,然后通过相应的方法在摄像头画面中画出几个区域,比如标红绿灯、左转、直行、红黄绿灯,然后标出车道、右转、直行、左转、左转等待、调头等。有了这些信息,摄像头内置的算法就可以根据计算机视觉来分析违规行为。
本摄像系统对闯红灯、越实线车辆抓拍率为100%(不包括两轮摩托车),识别时间约1秒,白天识别率达95%以上,夜间识别率达90%以上。
另外,在绿灯即将亮起的时候,抓拍系统会提前2秒关闭,主要是为了防止误拍;
面对摄像头抓拍系统,正确的做法是:如果你的车过了停车线高中物理 法拉第电磁感应,必须立即停车;如果你不通过路口或者把车停在对面路口的警示线外,交管部门是不会处罚你的。
还有一种极端的办法可以避免被抓:当你的车速超过200公里每小时的时候,你就可以安全逃脱,但前提是你在城市里敢开这么高的速度。而且超速的后果也很严重。
为了避免频繁发生违法行为,我们有必要了解一些电与磁的基本知识:
很多人小时候都对磁铁很好奇,这玩意儿怎么能吸铁呢?而且不用任何接触,就能凭空吸住铁块。
到了初中,我们知道了物体运动状态的改变一定是力的作用,磁铁对铁块产生了力。但那时我们还不明白,为什么没有接触,也能产生力。
高中时,物理老师告诉我们,磁铁周围有磁场,铁块受到磁场力的作用而被吸引。但我们仍然不明白磁场是什么。
大学时我们学过电场和磁场其实都是电磁场,电场可以转换成磁场,磁场也可以转换成电场。可惜我到现在还是不太明白电磁场从何而来。
这些对于我们了解电磁学的基本知识已经足够了。当然,你还可以继续学习,不过那超出了我的脑容量。
接下来我来简单介绍一下科学家是如何发现电磁感应现象的。
1820年,丹麦物理学家汉斯·奥斯特发现电流具有磁效应:任何承载电流的导线都能在其周围产生磁场。
此后,许多物理学家试图寻找其逆效应,从而引发磁能不能产生电、磁能不能对电产生影响等深层次的问题。
1831年,法拉第在一个铁环的两边绕上两个线圈,其中一个线圈为闭合回路,线圈下端平行放置一根磁针,另一个线圈接上电池组,并设开关,与电源组成闭合回路。
法拉第发现,当开关闭合时,磁针发生偏转;当开关断开时,磁针则向相反方向偏转。
这表明,在没有电池组的线圈中也出现了感应电流。法拉第意识到这是一种非恒定的瞬态效应。他随后进行了数十次实验,并将产生感应电流的情况总结为五类:
变化的电流,变化的磁场,移动的恒定电流,移动的磁铁,导体在磁场中移动。
法拉第把这些现象统称为——电磁感应。
有趣的是,早在1825年,瑞士物理学家科拉顿就曾做过类似的实验:他将一块磁铁插入一个与灵敏的检流计相连的螺旋线圈中,观察线圈中是否产生电流。
然而实验过程中,为了消除磁铁运动对灵敏检流计的影响,科拉顿把与螺旋线圈相连的灵敏检流计通过一根很长的导线放在了另一个房间。
由于当时科学界认为磁场产生的电应该是“稳定的”高中物理 法拉第电磁感应,科拉顿也认为产生的电流也应该是“稳定的”,插入磁铁之后,如果有电流,跑到另一个房间去观察就可以了。
就这样,科拉顿开始了实验。然而,无论他跑得多快,他看到的检流计指针始终在“0”的刻度上。
也就是说,科拉顿之前就已经实验过电磁感应现象,但是因为跑得不够快,科拉顿无法亲眼看到。
结论
上帝眷顾了法拉第,法拉第不负众望发明了世界上第一台发电机,改变了我们的生活方式。
虽然我们的生活方式变得更加丰富多彩,但是我们也不能随意违反交通规则,因为交通事故中生命太脆弱了。