中國(guó)科學(xué)技術(shù)館之旋轉(zhuǎn)的金蛋

◎文圖 中國(guó)科學(xué)技術(shù)館 李志忠

當(dāng)你每天乘坐電梯上下樓時(shí)，當(dāng)你路過(guò)建筑工地看到高聳的塔吊時(shí)，當(dāng)你騎著電動(dòng)自行車(chē)飛馳時(shí)，你有沒(méi)有體會(huì)到電動(dòng)機(jī)為我們的生活帶來(lái)的便利呢？電動(dòng)機(jī)又是怎么工作的呢？在中國(guó)科技館二層“探索與發(fā)現(xiàn)”A廳就有這樣一件奇妙的展項(xiàng)，它的結(jié)構(gòu)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，卻非常直觀地為我們展示了電動(dòng)機(jī)的原理，它就是“旋轉(zhuǎn)的金蛋”。

按下臺(tái)面上的開(kāi)關(guān)，原來(lái)安靜躺在圓盤(pán)上的金蛋開(kāi)始慢慢旋轉(zhuǎn)，并且隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，會(huì)逐漸直立起來(lái)。仔細(xì)觀察這個(gè)展項(xiàng)就會(huì)注意到，在玻璃圓盤(pán)的下面布置了三組線(xiàn)圈，每組之間有120°的夾角。

為什么金蛋會(huì)旋轉(zhuǎn)呢？答案就在這些線(xiàn)圈上。當(dāng)我們按下開(kāi)關(guān)接通電源后，在三組線(xiàn)圈中會(huì)通過(guò)三相交流電；與此同時(shí)，由于電磁感應(yīng)的存在，圍繞三組線(xiàn)圈會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。而擺放在圓盤(pán)中間的金蛋是一個(gè)閉合的導(dǎo)體，由于受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的影響，會(huì)在金蛋內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流。于是，金蛋就受到了線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用，并沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于金蛋屬于一半實(shí)心一半空心，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加就會(huì)自動(dòng)直立起來(lái)了。

旋轉(zhuǎn)的金蛋看似簡(jiǎn)單，其實(shí)它是我們生活中常見(jiàn)的電動(dòng)機(jī)雛形。電動(dòng)機(jī)的起源可以追溯到1820年，奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使人類(lèi)認(rèn)識(shí)到電流可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。法拉第對(duì)電磁感應(yīng)的闡釋?zhuān)纸沂玖穗娏梢赞D(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。到了1837年，德國(guó)人雅克比設(shè)計(jì)了人類(lèi)歷史上第一個(gè)簡(jiǎn)易的電動(dòng)機(jī)，人類(lèi)終于揭開(kāi)了電動(dòng)機(jī)的神秘面紗。雖然在后來(lái)的40多年間，電動(dòng)機(jī)還一直停留在實(shí)驗(yàn)階段，但到了1870年，隨著直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，以及該技術(shù)在1879年柏林工業(yè)博覽會(huì)上的大放異彩，它最終走入了人類(lèi)的生活。

伴隨人類(lèi)技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)了許多革新，并且出現(xiàn)了眾多種類(lèi)。從結(jié)構(gòu)上區(qū)分，有用于醫(yī)療器械、電子設(shè)備的微型電動(dòng)機(jī)，也有用于礦山機(jī)械的大型電動(dòng)機(jī)；從驅(qū)動(dòng)模式上區(qū)分，有交流電動(dòng)機(jī)，也有直流電動(dòng)機(jī)；從運(yùn)轉(zhuǎn)速度上區(qū)分，既有高速電機(jī)，也有低速電機(jī)和恒速電機(jī)。而且，由于電動(dòng)機(jī)具有無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為世界汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展熱點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)更是成為我們生活中離不開(kāi)的動(dòng)力工具。

電動(dòng)機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用也使我們深刻地認(rèn)識(shí)到，科學(xué)家從事的基礎(chǔ)理論研究，一旦獲得重要的發(fā)現(xiàn)，就會(huì)在應(yīng)用領(lǐng)域推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，并最終改變?nèi)祟?lèi)的生活方式，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步。