1831年,被譽為英國最偉大的實驗物理學家法拉第發現,導體在磁場中運動會產生電動勢,而電動勢是電源特性的一個重要物理量,簡單來說就是磁電現象,法拉第把這種現象稱為電磁感應。
法拉第盤發電機
在此基礎上,法拉第發明了世界上第一臺發電機。
自從發電機發明以來,人類真正進入電氣時代,成千上萬的電器融入我們的生活,讓我們的生活方式更加高效、便捷、豐富多彩,這一切都歸功于法拉第。
然而,令法拉第萬萬沒有想到的是,他的重大發現如今被廣泛應用于交通違規抓拍系統。
全球一天抓拍多少交通違法行為不言而喻,僅我國廣東佛山一個高速路口,不到一年就抓拍了十多萬起交通違法行為,罰款總數更是觸目驚心。試想一下,全國乃至全球抓拍的交通違法行為有多少?罰款金額有多少?
這確實是一種不拘一格、物盡其用的做法。
那么在交通違法抓拍系統中,埋設在路口停車線、車道線下的地感線圈,是基于電磁感應原理的設備,地感線圈一般采用銅芯線制作,做法比較簡單,就是將一定長度的銅芯線繞一定圈數即可。
先在停車線或者車道實白線上挖一個直徑大約1米的矩形溝,然后在這個溝里埋入兩到三圈銅芯線,這就簡單地形成了一個埋入地下的電感線圈。
此線圈是振蕩電路的一部分,由電容器組成。當汽車等較大的金屬物體經過時,由于空間介質的變化,振蕩頻率會發生變化(有金屬物體時振蕩頻率會增大),并將此變化作為汽車已通過“地面傳感器線圈”的確認信號。
同時,這個信號開始和結束的時間間隔也可以用來測量汽車的速度。
簡單來說,當有車輛經過線圈或者停在線圈上時,車輛本身的鐵質會使線圈內的磁通量發生變化,導致線圈環路的電感量發生變化,檢測儀就是通過檢測電感量的變化來判斷通過車輛的狀態。
然后,當交通信號燈為綠燈時,傳感器控制器關閉。當交通信號燈為紅燈時,傳感器控制器啟動,車道中間實白線的傳感器控制器會開啟。只要車輛經過停止線或實白線,線圈就會產生微弱的電流,電流信號觸發傳感器,控制攝像頭拍照。最后經過人工篩選,將錯拍的照片進行人工篩選,準確率高達90%以上。
一般來說,國家標準要求攝像頭抓拍率達到99%,但是實際情況會低于這個值,所以你可能就在1%里面。
攝像頭抓拍的原理是:將攝像頭固定在某個角度,取景器應該能看到停止線后面的大部分車身和紅綠燈,然后通過相應的方法在攝像頭畫面中畫出幾個區域,比如標紅綠燈、左轉、直行、紅黃綠燈,然后標出車道、右轉、直行、左轉、左轉等待、調頭等。有了這些信息,攝像頭內置的算法就可以根據計算機視覺來分析違規行為。
本攝像系統對闖紅燈、越實線車輛抓拍率為100%(不包括兩輪摩托車),識別時間約1秒,白天識別率達95%以上,夜間識別率達90%以上。
另外,在綠燈即將亮起的時候,抓拍系統會提前2秒關閉,主要是為了防止誤拍;
面對攝像頭抓拍系統,正確的做法是:如果你的車過了停車線高中物理 法拉第電磁感應,必須立即停車;如果你不通過路口或者把車停在對面路口的警示線外,交管部門是不會處罰你的。
還有一種極端的辦法可以避免被抓:當你的車速超過200公里每小時的時候,你就可以安全逃脫,但前提是你在城市里敢開這么高的速度。而且超速的后果也很嚴重。
為了避免頻繁發生違法行為,我們有必要了解一些電與磁的基本知識:
很多人小時候都對磁鐵很好奇,這玩意兒怎么能吸鐵呢?而且不用任何接觸,就能憑空吸住鐵塊。
到了初中,我們知道了物體運動狀態的改變一定是力的作用,磁鐵對鐵塊產生了力。但那時我們還不明白,為什么沒有接觸,也能產生力。
高中時,物理老師告訴我們,磁鐵周圍有磁場,鐵塊受到磁場力的作用而被吸引。但我們仍然不明白磁場是什么。
大學時我們學過電場和磁場其實都是電磁場,電場可以轉換成磁場,磁場也可以轉換成電場。可惜我到現在還是不太明白電磁場從何而來。
這些對于我們了解電磁學的基本知識已經足夠了。當然,你還可以繼續學習,不過那超出了我的腦容量。
接下來我來簡單介紹一下科學家是如何發現電磁感應現象的。
1820年,丹麥物理學家漢斯·奧斯特發現電流具有磁效應:任何承載電流的導線都能在其周圍產生磁場。
此后,許多物理學家試圖尋找其逆效應,從而引發磁能不能產生電、磁能不能對電產生影響等深層次的問題。
1831年,法拉第在一個鐵環的兩邊繞上兩個線圈,其中一個線圈為閉合回路,線圈下端平行放置一根磁針,另一個線圈接上電池組,并設開關,與電源組成閉合回路。
法拉第發現,當開關閉合時,磁針發生偏轉;當開關斷開時,磁針則向相反方向偏轉。
這表明,在沒有電池組的線圈中也出現了感應電流。法拉第意識到這是一種非恒定的瞬態效應。他隨后進行了數十次實驗,并將產生感應電流的情況總結為五類:
變化的電流,變化的磁場,移動的恒定電流,移動的磁鐵,導體在磁場中移動。
法拉第把這些現象統稱為——電磁感應。
有趣的是,早在1825年,瑞士物理學家科拉頓就曾做過類似的實驗:他將一塊磁鐵插入一個與靈敏的檢流計相連的螺旋線圈中,觀察線圈中是否產生電流。
然而實驗過程中,為了消除磁鐵運動對靈敏檢流計的影響,科拉頓把與螺旋線圈相連的靈敏檢流計通過一根很長的導線放在了另一個房間。
由于當時科學界認為磁場產生的電應該是“穩定的”高中物理 法拉第電磁感應,科拉頓也認為產生的電流也應該是“穩定的”,插入磁鐵之后,如果有電流,跑到另一個房間去觀察就可以了。
就這樣,科拉頓開始了實驗。然而,無論他跑得多快,他看到的檢流計指針始終在“0”的刻度上。
也就是說,科拉頓之前就已經實驗過電磁感應現象,但是因為跑得不夠快,科拉頓無法親眼看到。
結論
上帝眷顧了法拉第,法拉第不負眾望發明了世界上第一臺發電機,改變了我們的生活方式。
雖然我們的生活方式變得更加豐富多彩,但是我們也不能隨意違反交通規則,因為交通事故中生命太脆弱了。