最簡單的電動機賞析

劉劍鋒 董艷輝

(1.贛南師范學院化生學院,江西贛州 341000);2.廣西梧州市第二職業中學,廣西梧州 543000)

電動機原理簡單,但在人們的感覺中總是有著復雜的內部結構,制作工藝復雜,對制作要求極高.本文向大家介紹的是一些極其簡單的直流電動機,這些電動機都曾被稱為是最簡單的電動機,但誰是真正最簡單的電動機或許并不重要,重要的是它們都蘊含著人類智慧的結晶,是人類創造性思維寶庫中綻放的奇葩.相信學生在制作和探究這些構思精巧,結構簡單的電動機時也一定能感受到人類智慧火花的光茫,獲得一種美的體驗.

1 最簡單的線圈電動機

1.1 實驗描述

把漆包線繞制成約1 cm×2 cm的矩形線圈,大約繞6～10圈即可.線的兩端各留約 5 cm,從矩形的短邊引出,然后用小刀刮去兩條引線的漆皮,其中一端全部刮去,另一端只刮去半圈,這樣電動機的線圈就做好了.用鉗子把粗銅絲或曲別針弄彎,固定在泡沫塑料上,兩個支架分別與電池的兩極相接觸.把線圈放在支架上,找一個喇叭上的圓柱形磁鐵放在線圈下,用手撥動一下小線圈,它就會連續不斷地轉下去了.如果線圈不轉動,應盡量拉直線圈的兩條引線以減小阻力,另外,應讓磁鐵盡可能離線圈近些,以增大線圈所在處的磁場.

圖1

這個電動機讓人叫絕的是其中換向器的省略.如果沒有換向器,通以直流電的線圈在相鄰的兩個半周對稱位置受到的力矩總是反向的,那么線圈就不能連續地轉動.但這個電動機用的方法是使線圈只是在半個周期里通電,另半周期里斷電.實現的方法是將線圈一端的引線上的絕緣漆全部刮掉,另一端只刮掉了半個側面.實驗方法簡單得出奇,卻漂亮得令人叫絕.

1.2 追根溯源

這種電動機最初出現在安忠、劉炳升主編的《中學物理實驗教學研究》(高等教育出版社1986年5月第1版第361頁)上.羅星凱所著的《中學物理疑難實驗專題研究》(廣西師范大學出版社1998年6月第1版第6～7頁)一書中,對此裝置也有相關的介紹和討論.在人民教育出版社出版的初中物理課本第2冊中也要求學生課外制作一個這樣的小小電動機.

1.3 改進型線圈電動機

隨著科學技術的發展,一種體積小、磁性強的磁性材料(釹鐵硼強磁鐵)在我國研制成功,并被迅速應用于生產生活中的各領域,圖2中的圓柱形磁鐵就是這樣一種強磁鐵.由于有了強磁鐵,小小電動機的結構就可以更加簡化一些了,圖2所示電動機與前一種電動機沒有什么本質的區別,只是在前一種電動機的基礎上省去了底座,但結構更為緊湊了.

圖2

這么緊湊的電動機該是最簡單的了吧,但真的如此嗎?請看下面一個電動機,下面這個電動機可是連支架和線圈都不需要了.

2 最簡單的單極感應電動機

2.1 實驗描述

如圖3所示,在一顆螺絲釘的釘帽上吸附一釹鐵硼強磁鐵,再將螺絲釘釘尖吸附在一節5號電池的正極上,這樣就做好了一個電動機.使用時拿一根導線接在電池的負極上,用一只手壓緊導線,另一只手拿導線的另一端輕輕接觸磁鐵的邊緣,這時通電的磁鐵由于處在自身的強磁場中,受到磁場力的作用,從而帶著螺絲釘旋轉起來.

圖3

2.2 追根溯源

這種電動機從目前可查資料看,最早見于《′99國際物理教師學術交流會論文集》中.在該文集第128～130頁刊登了日本東京Azabu中學教師Hiroshi Masuko的一篇論文,文中給出了這種電動機的制作方法.

這個電動機省去了支架和線圈,改由磁鐵自身和螺絲釘代替了線圈及轉子,結構已經簡單到無以復加的地步,那么是否已經不能再簡化了呢?有沒有更好的簡化方案呢?下面這個電動機可是連一根多余的導線都沒有了.

3 最簡單的鋁環電動機——韓長明馬達

3.1 實驗描述

該電動機的構造十分新穎、簡單、巧妙,只需要從易拉罐上剪下寬約為10 mm的一個鋁圈,將其剪斷,把兩端重疊一段后用圖釘從環外扎透,圖釘的尖放在五號電池的正極上面,電池負極下面吸附一塊圓柱形的釹鐵硼強磁鐵(如圖4所示).當鋁環的側邊與磁鐵的柱面相接觸時,鋁環中有電流通過,在磁鐵的磁場作用下,鋁環受到安培力,這樣就以圖釘尖為軸心而不停地轉動,有趣極了.當然,您也可以用銅絲來代替鋁環,您可以根據自己的愛好彎制出不同的形狀.

圖4

3.2 追根溯源

此裝置由教育部廣西師范大學基礎教育課程研究中心韓長明教授研制.2005年7月份日本學者坂田先生來到研究中心參觀后對此贊不絕口,并在日本愛智縣物理教師交流會上做了精彩介紹,后被日本朋友命名為“韓長明馬達”.

1 人民教育出版社物理室及中國教育學會物理教學專業委員會.九年義務教育三年制初級中學教科書《物理》第2冊.北京:人民教育出版社,2001.

2 羅星凱.中學物理疑難實驗專題研究.廣西:廣西師范大學出版社,1998.

3 羅星凱,趙凱華.′99國際物理教師學術交流會論文集.廣西:廣西師范大學出版社,2000.

4 http://se.cersp.com/tjzy/xhshow/JPZS/200608/166.html

5 http://se.cersp.com/tjzy/xhshow/JPZS/200610/323.html

6 http://se.cersp.com/tjzy/xhshow/JPZS/200611/429.html

7 http://hi.baidu.com/yicixin395/blog/item/29696d3ec9f60cfc838b131f.html(收稿日期:2009-07-23)