手摇玩具看发电装置

近日在日本购买了发现一个小玩偶，毋须用外置电源，只需利用手摇装置顺时针方向转动或逆时针方向搅动，就能令小玩偶向前行动或倒后行动，十分有趣。除了玩乐外，当中蕴藏着 STEM 元素，现在就让大家逐一探讨。

细心看手摇小玩偶分为两个部分，分别是手摇控制器和机械小玩偶，由两条电线接驳著。手摇控制器内藏有一个摩打，摩打的一端连接着一组齿轮组，而齿轮组亦接驳著一个手柄。

手摇小玩偶结构

摩打的另一端有电线与机械小玩偶相连。当手柄转动时就能带动齿轮组，同时齿轮令摩打一起转动。小玩偶身上装有小型摩打，并连接简单的齿轮和脚部的一组连杆，当小型摩打通电就能透过小型摩打转动，引导齿轮组带动接杆组转动。

手摇的部分主要是转动手柄装置、齿轮组和摩打。

从透明的玩具，可看到机械小玩偶内有摩打及齿轮组。

电源究竟在哪儿？

当手摇装置的手柄慢速转动时，小玩偶并没有任何反应，但是当手摇装置的手柄快速转动时，就能令小玩偶两脚下的齿轮活动，而驱使玩偶前行或后退。

其实手摇装置是一台简单的手摇发电机，内藏有不同大小的齿轮组产生齿轮比，手柄转动1圈就能令手摇发电机转动 50 圈，把动能转化成电能，再经电线流送往小玩偶身上的小摩打，令它流电而转动。当小摩打转动时，能够带动小玩偶的齿轮组令脚下齿轮转动使它前进。如果把手摇发电机手柄向相反方向转动，发电机所产生的电流会经过另一条电线传送至小型摩，从而令它向反方向转动。

小玩偶两脚下的齿轮。

向前转动，小玩偶就会向前移动；相反，向后转动，小玩偶就会向后移动。

电流磁效应

手摇发电机与摩打的原理是相反的，摩打是利用通入电流的线圈产生磁场而形成电磁铁，以磁铁间的磁力作用推动线圈作功，是运用“电流磁效应”原理将电能转换功的装置。当线圈在磁铁的两极间转动，线圈内的磁场改变，因此产生感应电流，就是“电磁感应”原理，将动力作功时转换成电能的装置。

电流磁效应原理是将电能转换功的装置。

小型发电机变成大发电机

手摇装置高速转动摩打就能变成手摇发电机，如果能够增加手摇发电机内的线圈数目及磁铁，与电磁铁之间变化次数和速度，就能够制造出更多的电量。

手摇发电器的运作原理和风力发电机的大同小异，分别在于手摇发电器是用手转动发电机，而风力发电机就是利用风吹的力量令风车叶转动来推动巨型发电机产生电力。

当线圈数目及磁铁增加，就有机会产生较大的电量。

传统发电是用热力产生蒸气推动窝轮。

同样，发电厂烧媒发电的发电机，就是利用燃烧煤的方式替大水缸加热产生水蒸气，并利用喷出水蒸气产生的巨大冲力来推动窝轮，令发电机高速转动产生电流。至于核电厂就是利用核的原子碰撞释放热能令大水缸加热产生水蒸气，同样利用喷出来的水蒸气冲力推动窝轮令发电机产生电流。

水力发电也是运用类似的原理。

反之，水力发电就是利用水的冲力来发电，由位于高处的水流向低处时产生的能量转换，水在高处会储存位能，当水向下流动时就能转化成动能（水的冲力），就可推动窝轮令发电机高速转动产生电流。由此可见水力发电是较为环保，不会因为燃烧煤或核的原子分裂而产生对地球环境造成破坏的污染物。

STEM 教育要着重学生的联想能力，要懂得找出物件之间的关联，就能有更大更广的发现及创造。