◎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,在玻璃圓盤的下面布置了三組線圈,每組之間有120°的夾角。
為什么金蛋會(huì)旋轉(zhuǎn)呢?答案就在這些線圈上。當(dāng)我們按下開(kāi)關(guān)接通電源后,在三組線圈中會(huì)通過(guò)三相交流電;與此同時(shí),由于電磁感應(yīng)的存在,圍繞三組線圈會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。而擺放在圓盤中間的金蛋是一個(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,又揭示了電力可以轉(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)了人類歷史上第一個(gè)簡(jiǎn)易的電動(dòng)機(jī),人類終于揭開(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,它最終走入了人類的生活。
伴隨人類技術(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。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)汽車已經(jīng)成為世界汽車行業(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)祟惖纳罘绞?,推?dòng)人類社會(huì)的進(jìn)步。