魔球

鄭州科技館磁電展區有一件叫魔球（如圖1、圖2）的展品，觀眾走近它只看到一個鴨蛋形金屬球放在玻璃盤上，外面用一個半球形的有機玻璃罩罩住.當按下按鈕時，只見鴨蛋形金屬球在無形力的作用下，仿佛著了魔似的自己開始轉動，并且越轉越快，最后竟然能自己直立起來一直旋轉.那么，魔球的魔力究竟來自哪里呢？

原來，魔球的魔力來自于放金屬球的玻璃盤下面.玻璃盤下裝有一個繞有線圈的環形鐵芯，鐵芯上的線圈與三相交流電源相連接．通電后，鐵芯周圍產生旋轉變化的磁場，在變化的磁場中，金屬物體內部可產生渦流．盤中的金屬球處于變化磁場中，貫穿球體的變化磁場誘導出感應電流，因此，原本平躺在圓盤中的鴨蛋形金屬球在渦流與外磁場的相互作用下，隨著旋轉磁場轉動起來，速度越來越快，直至保持直立旋轉．轉動的球不一定保持在玻璃盤的中心位置，它與盤底相摩擦，除自轉外還出現了公轉，在離心力作用下旋轉半徑變得越來越大，觀眾可看到此時的魔球就像被鞭子不停抽打著的陀螺一樣，尖頭朝下旋轉個不停.

也許你會問：什么是渦流呢？

渦流就是“渦電流”的簡稱．當交流電流通過導線時，在導線周圍會產生交變磁場，處于交變磁場中的整塊導體（或半導體）的內部會產生感應電流，這種感應電流在整塊導體內部自成閉合回路，其流動的路線呈渦旋形，很像水的旋渦，因此稱做渦流.磁場變化越快，感應電動勢就越大，渦流就越強.渦流的存在有利也有弊．渦流可作為動力（如本文所提到的魔球的轉動）．感應型測量儀表（例如電能表）上的鋁盤，就是靠鋁盤上的渦流和電磁鐵的變化磁場相互作用為動力而轉動的．渦流能使導體發熱（魔球轉動一段時間后，用手觸摸可感覺到它溫度的升高），若需要產生高溫，可利用渦流來取得熱量，冶煉金屬用的高頻感應爐就是感應加熱的一個重要例子.可是，在電機和變壓器設備中，由于渦流熱效應的存在，不但白白損耗了電能，嚴重時還會影響設備正常運行.

其實，魔球之所以能夠轉起來還是以電磁理論為基礎的，而電磁理論的發現與完善則經歷了一個相當漫長而繁復的過程.早在2 000多年前的春秋時期，我們的祖先就發現了磁現象，但在歷史上相當長一段時間里，人們一直沒把電現象和磁現象聯系起來，認為電是電，磁是磁，二者是互不相關的兩回事.直到19世紀，丹麥的物理學家奧斯特偶然發現了電流的周圍存在著磁場，在世界上第一個發現了電與磁之間的聯系．隨后，英國的物理學家法拉第經過艱苦的探索發現了電磁感應現象，進一步揭示了電現象和磁現象之間的聯系：變化的電場可以產生磁場，變化的磁場可以產生電場．這一劃時代的偉大發現，使人類掌握了電磁運動相互轉變以及機械能和電能相互轉化的方法，成為現代發電機、電動機、變壓器技術的基礎.

魔球這件展品的運動共經歷了電→磁→電→磁→機械能的轉化過程，它主要使觀眾對感應電動機的工作原理和電磁感應現象加深認識.

責任編輯 蔡華杰