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单极电动机

2018-07-26 10:44:38     所属分类:电动机
DIY 一个由螺丝、电池、导线、盘形磁铁所做成的单极电动机。磁铁位于螺丝头上。螺丝与磁铁透过磁力吸附在电池的负极上。螺丝与磁铁以螺丝尖端作为轴承旋转。

单极电动机是一种具有两个磁极的直流电动机。其中的导体透过围绕一个旋转轴旋转来切断磁通量的单向磁力线来制造一个稳定的磁场。产生的电动势在单一方向连续,故单极电动机不需要换向器英语Commutator (electric),但仍需要集电环。[1]“单极”代表其电极与磁极不会改变(不需换向器)。

目录

  • 1 历史
  • 2 原理
  • 3 制作一个简易的单极电动机
  • 4 图像
  • 5 范例
  • 6 参考文献

历史

法拉第的电磁实验[2]

单极电动机为第一个被制造的电动机。由法拉第于1821年在英国科学知识普及会英语Royal Institution提出。[3][4]

1821年,在丹麦物理学家、化学家汉斯·奥斯特发现电磁现象后,汉弗里·戴维与威廉·海德·沃勒斯顿英语William Hyde Wollaston曾尝试制作一个电动机但以失败告终。[5]法拉第在与两人讨论后制作了两个装置来制造他所称的电磁旋转(Electromagnetic rotation)最后演变成现在的单极电动机。[6][7]

原理

单极电动机由洛伦兹力驱动。放置在与磁场垂直的载流导线会产生一个垂直磁场与导线的力。此力产生一个旋转的力矩。[8] 由于旋转轴与磁场平行,且对应的磁场方向不变,故电流不需要换向即可持续旋转。此设计较易于单向旋转,所以单极电动机较不适合用于大多数的应用。

如同大部分的电动机,单极电动机可以发电。如果以外力旋转,即成为一个单极电动机发电机英语homopolar generator,可于两端点间产生直流电。单极发电机在20世纪后期提供极高电压的直流电并成功研发出磁道炮。

制作一个简易的单极电动机

File:单极电动机 (PVC).ogv播放媒体
单极电动机 (PVC)

单极电动机非常容易制作。使用一个永久磁铁提供磁场并用电池提供电流通过导线。磁铁不需要移动,甚至不需要与电动机其他部分接触。可以将磁铁附着于电池上并且用导线制作一个封闭但可自由旋转的电路。在持续的旋转后,导线和电池会开始发热。 [9]

图像

范例

  • 磁道炮
  • 滚珠轴承电动机

参考文献

  1. ^ Lynn, L. §197-§204 'Acyclic or Homopolar Machines' in Section 8 - Direct-Current Generators and Motors. (编) Knowlton, A.E. Standard Handbook for Electrical Engineers 8th. McGraw-Hill. 1949 (英语). 
  2. ^ Faraday, Michael. Experimental Researches in Electricity 2. 1844. ISBN 0-486-43505-9 (英语).  See plate 4.
  3. ^ Michael Faraday, "New Electro-Magnetic Apparatus," Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts 12, 186-187 (1821). Scanned pages
  4. ^ Michael Faraday, "Description of an Electro-magnetic Apparatus for the Exhibition of Rotatory Motion," Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts 12, 283-285 (1821). Scanned pages Original illustration (plate) of the homopolar motor, referred to on p. 283 of Faraday's second article. Index of Quarterly Journal for Faraday, Michael
  5. ^ "Archives Biographies: Michael Faraday", The Institution of Engineering and Technology. 互联网档案馆的存档,存档日期2011-09-29.
  6. ^ Hamilton's A Life of Discovery: Michael Faraday, Giant of the Scientific Revolution (2004) pp. 165–71, 183, 187–90.
  7. ^ Cantor's Michael Faraday, Sandemanian and Scientist (1991) pp. 231–3.
  8. ^ See, e.g., Richard P. Feynman, The Feynman Lectures on Physics, vol. II, section 17-2, (Reading, MA: Addison-Wesley, 1964). ISBN 0-201-02117-X
  9. ^ "Amazing Double 'A' Battery Trick", from Youtube, Mar. 27, 2015

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