你有沒有從旋轉門進出大樓的經驗呢？

當你施力推動門後

門開始旋轉

你就可以自由地進出大樓囉！

讓門旋轉的關鍵

就在於施力在門時所產生的力矩

而我們這部影片要介紹的電動機

又稱馬達

就是運用類似的概念所設計的呢！

準備好了嗎？

我們來揭曉電動機裡頭的小細節吧！

同學們都知道把兩塊磁鐵放一起時

磁鐵會同性相斥、異性相吸

而先前我們學習到

導線通電後周圍會產生磁場

所以當我們把載流導線放在磁場中

導線就可能因為磁場而受力

這現象最早是由科學家安培所發現呢！

先前影片也介紹過

載流導線在磁場中受力

可以藉由右手開掌定則判斷受力方向

右手開掌定則：

將右手張開並伸直

四指併攏

將大拇指對齊電流方向

而四指伸向磁場方向

此時掌心的方向就是磁力方向

因此可以得到圖中的導線受力是向上方

你發現了嗎？

生活常見的電器用品

像是電風扇、洗衣機

都是插電後就可以產生旋轉的效果

這些利用電產生旋轉效果的共同構造是甚麼呢？

聰明的你可能馬上就會聯想到馬達

沒錯！

所謂的馬達

在科學上我們稱為「電動機」

顧名思義

就是將電能轉換成動能的機器

它利用我們剛剛複習的

載流導線在磁場中會受力的概念

在裝置中放入轉軸、線圈與磁鐵

通電後可以產生力矩

只要在快速旋轉的轉軸上接上扇葉

我們就有涼涼的電風扇可以吹囉！

其中

直流電動機的構造比較簡單

讓我們透過直流電動機

來認識馬達的構造及原理吧！

首先

電動機構造如畫面所示

當我們再加以解構裡頭的裝置後

電動機內部主要由3個部分組成

場磁鐵

可轉動式線圈（電樞）

整流子（又稱換向器）

場磁鐵可以產生均勻的外加磁場

而整流子是接於線圈兩個半圓形的銅環

當我們將電動機通電後

電流通過整流子進入線圈

線圈會因受到力矩作用而旋轉

就此將電能轉為力學能

那為甚麼載流線圈在磁場中會受力矩呢？

我們將線圈abcd通電後

我們可以看到電流從藍端由a流進

順著線圈由d紅端流出

而外加場磁鐵磁場方向

由N極指向S極

所以磁場方向向右

如果我們從裝置的上方觀察

可以看到電流是逆時針方向

從前面學到的載流線圈在磁場中會受力

及右手開掌定則

我們可以分別比出線圈線段ab、bc、cd、da的受力

在螢幕前的你一起來比一比吧！

可以看到藉由右手開掌定則

我們比出電流由a流向b

所以大拇指指向b

磁場向右

因此四指朝向右方

而由於掌心朝向螢幕

因此ab段受力進螢幕

我們再比一段試試看吧！

當電流由b流向c時

由於電流方向與磁場方向平行

由先前影片學習到的

電流方向與磁場方向平行不受力

因此線段bc不受力

同理da段亦不受力呢！

還剩下cd段受力

給你一些時間比比看吧！

電流由c流向d

所以大拇指指向d

磁場向右

因此四指朝向右方

而由於掌心朝向螢幕前的你

因此cd段受力出螢幕

你比對了嗎？

所以當我們朝軸看去時

可以發現線圈會順時針轉動

當線圈轉動90度時

神奇的事情發生了！

照理說此時是斷路

因為線圈與整流子並不接觸

那線圈沒有電流通過

為甚麼不會停下來呢？

沒錯！

聰明的你會說：

「因為慣性啊！」

就是因為慣性

所以即使線圈沒有受力

仍會在那一瞬間繼續旋轉喔！

當線圈翻過90度後

你會發現線圈左右相反了

這時候先前我們提到的

整流子的功用就在這裡！

半圓形的整流子

可以讓電流改由紅端流向藍端

因此電流改由d流進

由a流出

如果從裝置上方觀察

電流仍然為逆時針方向

我們可以藉由開掌定則再次判斷出

靠近右方的導線還是受力向下

左方的導線則仍然受力向上

因此載流線圈在磁場中受力後

不停地順時針轉動

過程中你有發現到

載流線圈整體合力為零嗎？

舉例來說

ab端受力進螢幕、cd端受力出螢幕

且bc、da都不受力

那為甚麼線圈會不停的轉動呢？

沒錯！

這就是因為線圈所受的合力矩不為零的緣故

才會讓電動機通電後不停的轉動呢！

我們來思考一下這個問題

載流線圈在磁場中受力現象設計出電動機

藉由通電使其旋轉

生活中大部分會旋轉的電器都是此應用

再加上不同裝置

就可以讓電器有不同功用呢！

例如：裝上小刀片的果汁機、

裝上扇葉的電風扇等電器

你還有想到甚麼特殊的電器嗎？

讓我們來回顧今天的重點吧！

電動機構造內部主要由3個部分組成

場磁鐵、可轉動式線圈、整流子

場磁鐵可以產生均勻的外加磁場

整流子是接於線圈兩個半圓形的銅環

電動機原理

載流線圈在磁場中受力現象

如畫面所示

細數一下一天當中你使用了幾種電器

是運用電動機的運作呢？

如果沒有電動機的發明

你的生活會有甚麼變化呢？

跟同學老師們討論及分享你的想法吧！

我們下次見囉

bye bye