國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

科學遊戲實驗室　　　回首頁　  

單極馬達

號稱世界上最簡單的馬達喔！

※操作步驟與現象：

準備器材：強力磁鐵、2A電池、銅線(或鋁線)、螺絲釘

1.將銅線彎折成圖1的形狀，高度要配合乾電池的大小。

2.將強力電池置於乾電池底部，磁鐵會緊緊吸引住電池。再將彎折好的銅線放進去（如圖2）。銅線就會快速的旋轉了。

3.如果銅線不會旋轉，調整銅線與磁鐵的接觸點，不要太緊，但是必須接觸，以構成通路。

4.銅線也可以彎折成螺旋狀（如圖3），同樣可以轉動喔！

　　
　　　　　圖1 　　　　圖2 　　　　圖3
　　　　　　　　　　　
※也可以這樣玩：

　　單極馬達的變化很多，例如以下各種變化。將強力磁鐵各放一個在乾電池的上部、底部，在上部電池的頂端在放上一根螺絲釘，螺絲釘的尖端與電池吸引住（如右圖4）。取銅線或電線接觸螺絲釘的頂端以及最下方的磁鐵。仔細觀察，電池與磁鐵一起轉動了喔！

　　　　　　　　　

　　圖5是將螺絲釘吸在磁鐵上後，將尖端吸引在電池底部，通電後（以電線接觸上方的電池頂端以及下方的磁鐵），螺絲釘就會轉動（螺絲釘掛上螺帽，是為了增加重量，讓螺絲釘保持直立）。圖6是乾電池頂端、底端各接上一個乾電池，將銅線彎折成U形，放在平坦的地面(桌面)，就會一起往前跑，但是成功率相當低。圖7是震動形式的設計，將細的漆包線製作成螺旋狀（如同彈簧，比乾電池略大），將漆包線的頭、尾的漆刮掉（使能導電），就可以看到漆包線上、下的跳動了。
圖5 
圖6
圖7

 觀賞實驗影片
※叮嚀的話：
       銅線如果不會旋轉，經常是因為銅線底部和強力磁鐵夾得太緊，注意調整即可。而磁鐵一定要使用強力磁鐵，五金店買得到，一顆約30元（12cm x 12cm）。銅線則可以用較軟的鋁線代替。        這個遊戲可以先讓學生操作成功之後，指導小朋友將磁鐵換個方向，上下顛倒放，再仔細觀察銅線旋轉的方向有沒有變化？此外，也可發揮創意，讓小朋友將銅線彎折各種不同形狀（例如心形），並且要能轉動。
※原理：
      和一般的馬達的原理相同，都是利用「電磁感應」，差別只是在於單極馬達的構造更為簡單。其原理如下圖；當電流由左方流經銅線時，銅線週圍會形成感應磁場（藍色曲線），而強力磁鐵本身的磁場（綠色曲線），與銅線的感應磁場產生吸引（紙張的上方，亦即朝讀者方向，因為兩個磁場方向相反，如同異極相吸）與排斥（紙張的下方，即朝讀者反方向，因為兩個磁場方向相同，同異極相斥），因此銅線就會旋轉了。而如果將強力磁鐵上下顛倒過來，銅線旋轉的方向也就會反過來了。

　　判斷銅線旋轉方向的一個簡單方法是：右手開掌定則。將右手的拇指順著銅線的電流方向（黑色箭頭），其他四指順著強力磁鐵的磁場方向（綠色箭頭），掌心的方向就是銅線的前進方向了（紅色箭頭）。