最简单的电动机赏析

刘剑锋 董艳辉

(1.赣南师范学院化生学院,江西赣州 341000);2.广西梧州市第二职业中学,广西梧州 543000)

电动机原理简单,但在人们的感觉中总是有着复杂的内部结构,制作工艺复杂,对制作要求极高.本文向大家介绍的是一些极其简单的直流电动机,这些电动机都曾被称为是最简单的电动机,但谁是真正最简单的电动机或许并不重要,重要的是它们都蕴含着人类智慧的结晶,是人类创造性思维宝库中绽放的奇葩.相信学生在制作和探究这些构思精巧,结构简单的电动机时也一定能感受到人类智慧火花的光茫,获得一种美的体验.

1 最简单的线圈电动机

1.1 实验描述

把漆包线绕制成约1 cm×2 cm的矩形线圈,大约绕6～10圈即可.线的两端各留约 5 cm,从矩形的短边引出,然后用小刀刮去两条引线的漆皮,其中一端全部刮去,另一端只刮去半圈,这样电动机的线圈就做好了.用钳子把粗铜丝或曲别针弄弯,固定在泡沫塑料上,两个支架分别与电池的两极相接触.把线圈放在支架上,找一个喇叭上的圆柱形磁铁放在线圈下,用手拨动一下小线圈,它就会连续不断地转下去了.如果线圈不转动,应尽量拉直线圈的两条引线以减小阻力,另外,应让磁铁尽可能离线圈近些,以增大线圈所在处的磁场.

图1

这个电动机让人叫绝的是其中换向器的省略.如果没有换向器,通以直流电的线圈在相邻的两个半周对称位置受到的力矩总是反向的,那么线圈就不能连续地转动.但这个电动机用的方法是使线圈只是在半个周期里通电,另半周期里断电.实现的方法是将线圈一端的引线上的绝缘漆全部刮掉,另一端只刮掉了半个侧面.实验方法简单得出奇,却漂亮得令人叫绝.

1.2 追根溯源

这种电动机最初出现在安忠、刘炳升主编的《中学物理实验教学研究》(高等教育出版社1986年5月第1版第361页)上.罗星凯所著的《中学物理疑难实验专题研究》(广西师范大学出版社1998年6月第1版第6～7页)一书中,对此装置也有相关的介绍和讨论.在人民教育出版社出版的初中物理课本第2册中也要求学生课外制作一个这样的小小电动机.

1.3 改进型线圈电动机

随着科学技术的发展,一种体积小、磁性强的磁性材料(钕铁硼强磁铁)在我国研制成功,并被迅速应用于生产生活中的各领域,图2中的圆柱形磁铁就是这样一种强磁铁.由于有了强磁铁,小小电动机的结构就可以更加简化一些了,图2所示电动机与前一种电动机没有什么本质的区别,只是在前一种电动机的基础上省去了底座,但结构更为紧凑了.

图2

这么紧凑的电动机该是最简单的了吧,但真的如此吗?请看下面一个电动机,下面这个电动机可是连支架和线圈都不需要了.

2 最简单的单极感应电动机

2.1 实验描述

如图3所示,在一颗螺丝钉的钉帽上吸附一钕铁硼强磁铁,再将螺丝钉钉尖吸附在一节5号电池的正极上,这样就做好了一个电动机.使用时拿一根导线接在电池的负极上,用一只手压紧导线,另一只手拿导线的另一端轻轻接触磁铁的边缘,这时通电的磁铁由于处在自身的强磁场中,受到磁场力的作用,从而带着螺丝钉旋转起来.

图3

2.2 追根溯源

这种电动机从目前可查资料看,最早见于《′99国际物理教师学术交流会论文集》中.在该文集第128～130页刊登了日本东京Azabu中学教师Hiroshi Masuko的一篇论文,文中给出了这种电动机的制作方法.

这个电动机省去了支架和线圈,改由磁铁自身和螺丝钉代替了线圈及转子,结构已经简单到无以复加的地步,那么是否已经不能再简化了呢?有没有更好的简化方案呢?下面这个电动机可是连一根多余的导线都没有了.

3 最简单的铝环电动机——韩长明马达

3.1 实验描述

该电动机的构造十分新颖、简单、巧妙,只需要从易拉罐上剪下宽约为10 mm的一个铝圈,将其剪断,把两端重叠一段后用图钉从环外扎透,图钉的尖放在五号电池的正极上面,电池负极下面吸附一块圆柱形的钕铁硼强磁铁(如图4所示).当铝环的侧边与磁铁的柱面相接触时,铝环中有电流通过,在磁铁的磁场作用下,铝环受到安培力,这样就以图钉尖为轴心而不停地转动,有趣极了.当然,您也可以用铜丝来代替铝环,您可以根据自己的爱好弯制出不同的形状.

图4

3.2 追根溯源

此装置由教育部广西师范大学基础教育课程研究中心韩长明教授研制.2005年7月份日本学者坂田先生来到研究中心参观后对此赞不绝口,并在日本爱智县物理教师交流会上做了精彩介绍,后被日本朋友命名为“韩长明马达”.

1 人民教育出版社物理室及中国教育学会物理教学专业委员会.九年义务教育三年制初级中学教科书《物理》第2册.北京:人民教育出版社,2001.

2 罗星凯.中学物理疑难实验专题研究.广西:广西师范大学出版社,1998.

3 罗星凯,赵凯华.′99国际物理教师学术交流会论文集.广西:广西师范大学出版社,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)