通電的線圈在磁場中可以轉(zhuǎn)動,在這一過程中,電能轉(zhuǎn)化成機械能.那么,怎樣才能使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動?怎樣才能實際利用這一現(xiàn)象?
一、直流電動機的原理
(一)基本原理
電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的機器.用電池或電源給電動機通電就會使軸開始旋轉(zhuǎn).有的電動機由直流電源(如電池)供電,有的電動機由交流電源供電.雖然電動機有多種設計方法,但原理是相同的.
有兩個物理原理為電動機的運轉(zhuǎn)奠定了基礎.第一個原理是電磁感應定律,它是由英國科學家和發(fā)明家邁克爾·法拉第于1831年發(fā)現(xiàn)的.其內(nèi)容是:如果導體穿過磁場,或改變穿過靜止導電閉合回路的磁場強度,導體內(nèi)將產(chǎn)生感應電流.第二個原理與此相對,指的是電磁的反作用,它是法國物理學家安德爾·瑪利亞·安培于1820年觀察到的.
所以,如果將帶電導體(如一段銅線)放置在磁場中,它將受到力的作用.將導體纏繞許多圈,每一圈都位置適當且導體內(nèi)有電流通過,這時,產(chǎn)生的力會使線圈旋轉(zhuǎn).線圈旋轉(zhuǎn)時,電動機的軸也將隨之旋轉(zhuǎn).
電動機由兩個基本單元組成:一個是磁場,即纏繞著線圈的電磁鐵;另一個是電樞,它是支持切割磁場并在電動機內(nèi)輸送勵磁電流的導體的機構(gòu).
發(fā)電機,它們與電動機相反,是將動能轉(zhuǎn)換為電能.
(二)動手制作“小小電動機”
1、線圈的制作
線圈的制作比較簡單:用漆包線在火柴盒等模子上繞3-4圈,不必繞得太多.把兩個引出端固定在線圈上,使兩端
引線在一條直線上,如圖1所示.用小刀刮去兩端引線的漆皮時,注意一端全部刮掉(可以用砂紙打),另一端只刮去半周.這樣線圈就做成了.
2、支架的制作支架的制作要點是:剪兩段直徑約lmm,長度約100mm的相同的銅絲,上端彎成z字型,下端與導線相連并用圖釘固定在硬紙板(或木板)上,與線圈相連的端點要大致保持在同一水平面上,如圖2所示.
3、讓線圈轉(zhuǎn)動
把線圈放在支架上,磁鐵放在線圈下方.調(diào)整磁鐵位置,使磁鐵與線圈盡量靠近,但又不能相互接觸.給線圈通電并用手輕推,線圈就會不停地轉(zhuǎn)下去.改變電流的方向或改變磁鐵極性,線圈的轉(zhuǎn)動方向就會改變.
4、思考
制作線圈用小刀刮去兩端引線的漆皮時,注意一端全部刮掉(可以用砂紙打),另一端只刮去半周.為什么另一端只刮去半周?線圈為什么能夠持續(xù)轉(zhuǎn)動?對這一點可畫圖說明.
圖3所示,線圈中有電流通過,上面的導線受到離開紙面向前的力,下面的導線受到進入紙面向里的力,線圈繞軸轉(zhuǎn)動;當線圈轉(zhuǎn)到未刮漆皮的半周時,線圈中沒有電流,不受磁場力作用,線圈靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動,當轉(zhuǎn)到刮掉漆皮一半時,線圈又受磁場力作用而轉(zhuǎn)動.
二、直流電動機的基本構(gòu)造
轉(zhuǎn)子:在電動機里轉(zhuǎn)動的部分叫做轉(zhuǎn)子.
定子:在電動機里固定不動的部分叫做定子.
換向器:每當線圈剛轉(zhuǎn)過平衡位置,換向器就能自動改變線圈中的電流方向.這樣就改變了線圈的受力方向,使得線圈繼續(xù)轉(zhuǎn)動.
實際中的電動機,為了能夠平穩(wěn)、有效地工作,線圈有很多匝,而且嵌在圓柱形的鐵芯上,組成轉(zhuǎn)子;換向器也是由許多片組成.轉(zhuǎn)子安裝在定子中,定子由機殼和磁極組成,而且磁極用的是電磁鐵.