電機(電動機)的發明史與工作原理
電磁和運動之間的聯系是法國物理學家安德雷-瑪麗·安普爾( 1775 - 1867 )在1820年首次發現的。這是電動機背后的基礎科學。但是,如果我們想把這一驚人的科學發現變成更實用的技術,為電動割草機和牙刷提供動力,我們就必須走得更遠。發明者是英國人邁克爾·法拉第( 1791 - 1867年)、威廉·斯特金( 1783 - 1850年)和美國人約瑟夫·亨利( 1797 - 1878年)。他們就是這樣實現他們的輝煌發明的。
電機(電動機)
假設我們把線彎曲成一個正方形的u形環,那么實際上有兩條平行的線穿過磁場。其中一個通過電線把電流帶走,另一個又把電流帶回來。由于電流在導線中反向流動,弗萊明左手定律告訴我們,兩根導線將反向移動。換句話說,當我們打開電源時,一根電線向上移動,另一根電線向下移動。
如果線圈能繼續這樣運動,它就會不斷旋轉——我們可以把馬達做得很好。但是,這在我們目前的設置中不會發生:電線很快就會纏結。不僅如此,如果線圈旋轉得足夠遠,還會發生其他事情。線圈一旦到達垂直位置,就會翻轉,電流就會以相反的方式流過。線圈兩側的力現在將反向。它不會在同一個方向上連續旋轉,而是會在剛來的方向上向后移動!想象一列有這樣一個電動機的火車:它會在現場來回移動,而不會實際上去任何地方。
有兩種方法可以解決這個問題。 一種是使用一種周期性反轉方向的電流,這被稱為交流電(AC) 。 在我們在家中使用的小型電池供電電機中,更好的解決方案是在線圈末端添加一個稱為換向器的元件。 (不要擔心毫無意義的技術名稱:這個稍微老套的詞“換向”有點像“通勤”這個詞。它只是意味著來回改變,就像通勤意味著來回旅行一樣。)在其最簡單的形式中,換向器是分成兩個分開的半部的金屬環,其作用是每當線圈旋轉半圈時反轉線圈中的電流。
線圈的一端連接到換向器的每一半。 來自電池的電流連接到電動機的電氣端子 。 它們通過一對稱為刷子的松散連接器將電能輸入換向器,這些連接器由石墨片(類似鉛筆“鉛”的軟碳)或薄彈性金屬制成,(顧名思義)“刷”換向器。 在換向器就位的情況下,當電流流過電路時,線圈將以相同的方向連續旋轉。