國立台中教育大學 NTCU

科學教育與應用學系

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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
           觀賞影片:影片一影片二
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!

         觀賞影片 (12.7M)

  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6
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)。