中国科学技术馆之旋转的金蛋

◎文图 中国科学技术馆 李志忠

当你每天乘坐电梯上下楼时，当你路过建筑工地看到高耸的塔吊时，当你骑着电动自行车飞驰时，你有没有体会到电动机为我们的生活带来的便利呢？电动机又是怎么工作的呢？在中国科技馆二层“探索与发现”A厅就有这样一件奇妙的展项，它的结构看起来很简单，却非常直观地为我们展示了电动机的原理，它就是“旋转的金蛋”。

按下台面上的开关，原来安静躺在圆盘上的金蛋开始慢慢旋转，并且随着旋转速度的增加，会逐渐直立起来。仔细观察这个展项就会注意到，在玻璃圆盘的下面布置了三组线圈，每组之间有120°的夹角。

为什么金蛋会旋转呢？答案就在这些线圈上。当我们按下开关接通电源后，在三组线圈中会通过三相交流电；与此同时，由于电磁感应的存在，围绕三组线圈会产生旋转的磁场。而摆放在圆盘中间的金蛋是一个闭合的导体，由于受到旋转磁场的影响，会在金蛋内部产生感应电流。于是，金蛋就受到了线圈产生的磁场作用，并沿着旋转磁场的方向开始转动。由于金蛋属于一半实心一半空心，随着旋转速度的增加就会自动直立起来了。

旋转的金蛋看似简单，其实它是我们生活中常见的电动机雏形。电动机的起源可以追溯到1820年，奥斯特关于电流磁效应的发现使人类认识到电流可以产生磁场。法拉第对电磁感应的阐释，又揭示了电力可以转换为旋转的动力。到了1837年，德国人雅克比设计了人类历史上第一个简易的电动机，人类终于揭开了电动机的神秘面纱。虽然在后来的40多年间，电动机还一直停留在实验阶段，但到了1870年，随着直流电动机的发明，以及该技术在1879年柏林工业博览会上的大放异彩，它最终走入了人类的生活。

伴随人类技术的进步，电动机出现了许多革新，并且出现了众多种类。从结构上区分，有用于医疗器械、电子设备的微型电动机，也有用于矿山机械的大型电动机；从驱动模式上区分，有交流电动机，也有直流电动机；从运转速度上区分，既有高速电机，也有低速电机和恒速电机。而且，由于电动机具有无污染的优势，电动汽车已经成为世界汽车行业的发展热点，电动机更是成为我们生活中离不开的动力工具。

电动机的发明和应用也使我们深刻地认识到，科学家从事的基础理论研究，一旦获得重要的发现，就会在应用领域推动技术的发展，并最终改变人类的生活方式，推动人类社会的进步。