中國科學(xué)技術(shù)館之旋轉(zhuǎn)的金蛋

◎文圖 中國科學(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)，你有沒有體會到電動(dòng)機(jī)為我們的生活帶來的便利呢？電動(dòng)機(jī)又是怎么工作的呢？在中國科技館二層“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)看起來很簡單，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”。

按下臺面上的開關(guān)，原來安靜躺在圓盤上的金蛋開始慢慢旋轉(zhuǎn)，并且隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加，會逐漸直立起來。仔細(xì)觀察這個(gè)展項(xiàng)就會注意到，在玻璃圓盤的下面布置了三組線圈，每組之間有120°的夾角。

為什么金蛋會旋轉(zhuǎn)呢？答案就在這些線圈上。當(dāng)我們按下開關(guān)接通電源后，在三組線圈中會通過三相交流電；與此同時(shí)，由于電磁感應(yīng)的存在，圍繞三組線圈會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。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)磁場的影響，會在金蛋內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流。于是，金蛋就受到了線圈產(chǎn)生的磁場作用，并沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向開始轉(zhuǎn)動(dòng)。由于金蛋屬于一半實(shí)心一半空心，隨著旋轉(zhuǎn)速度的增加就會自動(dòng)直立起來了。

旋轉(zhuǎn)的金蛋看似簡單，其實(shí)它是我們生活中常見的電動(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)識到電流可以產(chǎn)生磁場。法拉第對電磁感應(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，德國人雅克比設(shè)計(jì)了人類歷史上第一個(gè)簡易的電動(dòng)機(jī)，人類終于揭開了電動(dòng)機(jī)的神秘面紗。雖然在后來的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)具有無污染的優(yōu)勢，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)人類社會的進(jìn)步。