試述電磁船模型的制作

王宇飛

摘 要：電磁學(xué)是研究電和磁的相互作用現(xiàn)象及其規(guī)律和應(yīng)用的物理學(xué)重要分支，隨著科技的發(fā)展，電與磁在工作和生活中得到了廣泛使用，給我們帶來了諸多便利。電磁船正是利用電磁學(xué)相關(guān)物理原理，使得通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用影響，導(dǎo)致海水向后噴出，船體依靠反作用力向前行進。通過制作電磁船模型，即鍛煉動手能力，激發(fā)物理學(xué)習(xí)興趣，還檢驗了電磁學(xué)所掌握的知識。

關(guān)鍵詞：電磁船；模型；制作步驟

中圖分類號：U61 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0066-02

隨著社會的發(fā)展與進步，在法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象并在相關(guān)學(xué)者深入研究下，電磁學(xué)知識已經(jīng)有效應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钜约案咝驴萍佳芯恐?。以往所使用的輪船多?shù)使用了螺旋槳這一推進裝置，在電磁學(xué)知識得到廣泛應(yīng)用后，發(fā)現(xiàn)使用電磁推進系統(tǒng)原理更加簡單，使用時出現(xiàn)故障的概率更低，因此人們積極開發(fā)了電磁船。為了更深入的了解該方面知識，現(xiàn)就電磁船模型的制作過程進行探討和分析。

1 電磁船概述

根據(jù)日常了解到的科技信息，我們發(fā)現(xiàn)以往的輪船主要使用了螺旋槳，雖然該種推進裝置也能夠促使輪船順利行駛，但在運行過程中會產(chǎn)生較大的噪聲，且在該推進機制作用下，輪船耗能更大，對船上乘客、駕駛者均會產(chǎn)生不良影響，不利于能源的長期使用[1]。在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的背景下，電磁學(xué)知識已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，因而相關(guān)研究人員已經(jīng)制作出了電磁船，電磁船在運行過程中主要借助了電磁推進動力系統(tǒng)，使船體在海水反作用力的推動下向前行駛。

結(jié)合電磁學(xué)的原理，我們對電磁船進行了初步理解與簡單分析，由于海水本身具有導(dǎo)電能力，此時為電磁船提供相應(yīng)的電能支持，電流則會在海水中進行傳導(dǎo)，因此在電磁場發(fā)揮作用時，電磁推動系統(tǒng)之間會產(chǎn)生相應(yīng)的電流。當海水中傳遞電流時，其就會受到磁場的推動，進而使得海水向船的后方噴出，促使船體在海水反向推動力的作用下向前行駛?；趯﹄姶糯褂们闆r的詳細分析，發(fā)現(xiàn)該推進裝置與螺旋槳推進裝置相比，在使用過程中故障發(fā)生率更低、產(chǎn)生的噪聲更小，且該構(gòu)造更為簡單，在船體中所占有的空間更小，更有效的實現(xiàn)了電能向動能的轉(zhuǎn)化。

2 電磁船模型的制作材料

在制作電磁船時主要使用以下幾類材料：（1）9伏電池1個。基于前文對電磁船的分析可以了解到，要想使電磁船能夠順利運行，則需要為其提供相應(yīng)的電能，使其在電磁系統(tǒng)的作用下，有效轉(zhuǎn)化為動能，進而促使電磁船前進，因此為了給電磁船提供足夠的電能，在本次制作時就使用了9伏電池；（2）高強度磁鐵1個。由于在制作電磁船時會使用到磁場所產(chǎn)生的作用力，因而為了更有效的創(chuàng)造出磁場，避免低強度磁鐵在使用過程中出現(xiàn)磁場微弱，故在本次電磁船模型制作時使用到了一個高強度磁鐵；（3）帶鱷魚夾的導(dǎo)線兩根。要想使電流能夠有效傳遞，則必須為其提供相應(yīng)的傳導(dǎo)路徑，因此在制作時就需要通過使用帶鱷魚夾的導(dǎo)線傳導(dǎo)電流；（4）兩片銅片。在制作過程中，銅片會發(fā)揮正負極的重要作用，使得高強度磁鐵在兩片銅片之間產(chǎn)生磁場；（5）電工膠帶、雙面膠、泡沫板，這些是制作電磁船船體的主要材料；（6）清水1杯、精鹽以及做飯用的五香面。該方面材料主要會應(yīng)用于后期演示中，由于海水含鹽程度相對較高，使得其具有較強的導(dǎo)電性，但如果只使用到清水，則會降低實驗過程中水的導(dǎo)電性，嚴重影響實驗效果，為了更真實的模擬出海水環(huán)境，則必須使用到該部分材料。

3 電磁船模型的制作原理

要制作電磁船模型，必須先掌握電磁船制作的基本原理（原理圖如圖1）。在制作時，磁鐵主要放置在兩個銅片之間且略高于銅片，這種狀態(tài)下，磁鐵會為銅片呈現(xiàn)出向下的作用力，此時需要將作為電極的銅片放入前期制作好的海水中，當正負極之間有電流通過時，則會促使船體前進。通過該模型制作原理圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，在該模型中磁場方向會與電流方向垂直，再根據(jù)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的左手定則，此時可以準確判斷出高強度磁鐵所產(chǎn)生的安培力，這也是海水所受到的力，在電流的作用下，該方向即為海水噴出的方向。

4 電磁船模型的制作步驟

在制作電磁船時，嚴格按照以下制作步驟進行：（1）準備制作材料。雖然在實際制作過程中，每一環(huán)節(jié)都十分重要，一旦出現(xiàn)連接錯誤的現(xiàn)象時，則會無法順利制作出電磁推動系統(tǒng)。為了保證制作能夠順利進行，首先就要準備好手工制作所需要的材料，為此按照前期列出的制作材料進行了全面的準備工作；（2）制作“海水”。由于水的導(dǎo)電性會直接影響到電磁船使用效果，因此為了保證電磁船制作的更加精致，這時應(yīng)該使用前期準備的精鹽、清水以及做飯用的五香面，將其制成“海水”[2]；（3）為了使銅片與高強度磁鐵能夠絕緣，在做好前期準備工作的基礎(chǔ)上，使用電工膠布纏繞電磁鐵側(cè)面兩圈；（4）按照制作原理圖安裝銅片電極，此時同樣需要保證電極之間能夠處于絕緣狀態(tài)，當上述操作全部完成后，使用膠布做好固定工作。（5）此時需要制作船體。利用前期準備好的泡沫板，將其制成船體的形狀，并在船尾處切割出大小適當?shù)男《?，使得前期制作出的電磁推動器可以塞入該小洞中；?）最后一步為連接電路的操作。使用帶鱷魚夾的導(dǎo)線，將其一面連接在9伏電池上，另一面連接在正負極上，此時則真正完成了電磁船制作工作。

5 電磁船模型制作注意事項

雖然經(jīng)過精心準備和不懈努力，電磁船模型制作效果較為理想，后期也可以順利行駛，但是為了使得大家能夠在參照本文的前提下，高質(zhì)高效的制作出電磁船，下面就提出幾點在制作過程中需要注意的事項：一是保證制作所需材料的質(zhì)量。由于在使用過程中，材料質(zhì)量會影響到電磁船使用效果，為此，必須保證所選擇的材料能夠滿足電磁船制作需求；二是提高“海水”導(dǎo)電性。一方面，為了更真實的模擬出電磁船運行環(huán)境，我們就要保證電磁船可以處于類似海水的運行環(huán)境中，因此需要使用到相應(yīng)材料。另一方面，電流流通效果取決于“海水”導(dǎo)電性，基于此，在制作過程中也需要使用到相應(yīng)的精鹽材料；三是保證電磁船船體與電磁推動器之間的連接效果。如果在電磁船運行過程中，電磁推動器與船體發(fā)生脫離現(xiàn)象，則說明我們的制作還存在著不足，為此就需要使用到相應(yīng)的膠體材料，做好二者粘結(jié)工作。

6 電磁船模型的演示與改進

為了檢驗我們的制作成果，在完成電磁船制作后，就需要及時演示電磁船運行狀態(tài)，并針對其中存在的不足，進行有效改進[3]。通過將制作完整的電磁船模型進行演示，發(fā)現(xiàn)其在運行一段時間后，運行速度明顯有所減緩，經(jīng)仔細觀察船體運行環(huán)境并未發(fā)生變化，因此很快速意識到可能是電池對電磁船運行產(chǎn)生的影響。在分析探討原因并求證后，了解到電磁船運行速度與電池電壓有著密切的關(guān)系。基于此，及時更換了電磁船模型的電池，在使用功率更大的電池后，發(fā)現(xiàn)所制作出的電磁船模型運行時間得到了明顯的延長，與前期運行速度相比，也有了較為理想的提升[4]。

7 結(jié)語

總而言之，要想做出能夠正常使用的電磁船模型，我們在制作過程中就要總結(jié)鞏固所要使用到的知識，并在此基礎(chǔ)上明確制作原理、制作步驟以及制作過程中的注意事項，從而制作出能夠順利運行的電磁船。為了保證電磁船模型制作效果，在完成電磁船制作后，相關(guān)人員還要積極演示電磁船模型并針對其中不足之處進行改進。通過介紹上述電磁船模型的制作步驟、制作注意事項以及演示與改進內(nèi)容，希望可以為大家動手制作更加完善的電磁船模型提供參考。

參考文獻

[1]湯仕平，陳黎平，張勇，萬海軍.基于電波暗室的艦船電磁兼容性模型預(yù)測[J].上海交通大學(xué)學(xué)報，2007，41（3）：501-504.

[2]湯仕平，陳黎平，萬海軍，張勇.電磁兼容性船模預(yù)測在電波暗室內(nèi)的實現(xiàn)[J].中國造船，2006，47（2）：42-49.

[3]陳金剛，王強.JZ2-H和YZ-H系列船用起重三相異步電機電磁制動器解析[J].電機與控制應(yīng)用，2012，39（5）：48-50.

[4]郭志忠.電磁吸盤技術(shù)在舊小型航標船上的應(yīng)用[J].中國修船，2016，29（5）：8-9.endprint