現代電動馬達的基礎--科學史上重要的實驗

操作過程與現象：

　　出生於1791年的英國科學家法拉第，只有小學畢業，但是在電磁學及電化學領域做出很多重要貢獻，尤其發現重要的電磁感應，促進了現代文明的發展。1921年法拉第進行的實驗，為現代馬達的發明建立了基礎，以下為這個實驗的翻版。

1.取長約一公尺細的漆包線（越細越好），以砂紙將漆包線兩端的漆磨掉，以便能導電。

2.漆包線一端接上電池，另一端則綁上一小段銅線（約3公分長，鋁線亦可），然後如同單擺的下垂懸掛，懸掛的漆包線長度建議30～50公分，如圖一。而底部的銅線懸空約5公分高，以便可以自由擺動。

3.將大紙杯置於底部，中央放置2或3顆強力磁鐵（可用雙面膠黏貼固定），並且與下垂的銅線之間保持些微間距，如圖二。注意：銅線的底部要略低於磁鐵。

4.將食鹽水加入紙杯中，高度要淹過強力磁鐵。然後將一小段漆包線（二端同樣要刮掉漆）黏貼在紙杯的杯緣，另一端接上電池。接線圖如圖三。

5.接上電池並通電之後，銅線就會繞著磁鐵一直旋轉喔！

觀賞實驗影片（15.1M）

　　法拉第所進行的實驗，杯子中是放置水銀（汞），由於水銀具有毒性，本實驗以具有導電效果的食鹽水代替。

　　銅線會繞著磁鐵旋轉的原理與「單極馬達（homopolar motors）」類似，銅線的運動是由電流流經銅線形成的感應磁場，與強力磁鐵的磁場的作用結果，因此銅線的旋轉方向與電流、磁鐵的方向都有關。如右圖，利用右手開掌定則，右手的拇指為銅線的電流方向（黑色箭頭），其他四指為強力磁鐵的磁場方向（綠色箭頭），掌心的方向就是銅線的運動方向（紅色箭頭）。

1.食鹽水的濃度會影響導電的效果，建議使用飽和食鹽水。亦即將過量的食鹽加入水中，攪拌之後仍有部分食鹽沒有溶解，倒出上層澄清的食鹽水即為飽和食鹽水。

2.使用的銅線避免過長，以避免因為太重而不容易運動。

3.通常必須使用9伏特的乾電池，電壓太低不容易使銅線轉動起來。

4.在教學上，建議可以指導學生觀察與討論以下問題：(1)觀察並記錄電池的正負極、強力磁鐵的磁極方向，以及銅線的轉動方向有何關係？(2)討論本實驗的結果與「單極馬達」的原理是否相同？結果一樣嗎？(3)由於使用食鹽水且通電，實驗現象與「電解」有關聯性，因此指導國中以上學生時，可以討論並觀察食鹽水的顏色有何變化？為什麼？而且將電池的正負極方向對調，銅片是變亮或變暗？為什麼？同時，浸泡於食鹽水的銅線或漆包線會冒泡嗎？為什麼？。

1.Magnet Lab：http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/museum/faraday_motor.html

2.Thunderbolts：http://www.thunderbolts.info/tpod/2011/arch11/110510faraday.htm

3.You Tube影片：http://www.youtube.com/watch?v=R-Ma6iKLd7g