掌上馬達─電流的磁力 活動報導

2015/07/20 – 下午 1:46

文/校園特派記者蔡宇安

今天的假日科學廣場請來退休後在全國各地進行科學推廣及物理教育的伍瀀肇老師,利用短短的兩小時不僅要教大家做掌上型的簡易馬達,更要利用簡單的小玩具讓大家仔細想想內部構造,培養小朋友的觀察、探索能力。

研究?探究?

伍瀀肇先拿出了上面有四個線頭的密封罐子,這個罐子的特別之處在於:當你拉動一個線頭,其他三個線頭會縮回罐中,只留下小小的結在罐子外面;示範之後,他請大家利用一個側邊鑽有四個洞的紙杯及一條線段,透過觀察的結果自己試做看看。接著邀請已經做好的人上台分享做法,發現大家共同的觀察結果都是需要將原本的線段剪半變成兩條線,然後利用兩線段中間打結或是交叉的方式讓四個線頭連動,並調整線段長度,讓露出的部分剛好只有線頭的繩結。

科學研究的歷程就是由觀察開始,觀察後提出問題,並蒐集資料,不論是查詢書籍或是利用網路檢索,找到資料後歸納、演繹,並對於結果提出假設,再利用實驗驗證。

指北針小發現
接著學員拿到指北針,發現當剪刀靠近時指針會偏轉,那是由於指北針是磁鐵材質,剪刀是鐵製的,磁鐵會吸鐵,所以當剪刀靠近指北針時,指針會偏轉,有同樣效果的還有鈷跟鎳,但相較之下,鐵在生活中最為常見。

接著學員拿到一個漆包線圈、二個三號電池與一個電池盒,大家先將漆包線的兩端利用砂紙磨亮,把外面的絕緣層磨掉讓它接上電池後可以順利通電,接著將漆包線的兩端分別接上電池,並裝入電池,將漆包線與指北針的指針平行後再打開電池盒的開關,觀察指北針的偏轉。

電生磁?電磁感應
可以觀察到指北針會有一定幅度偏轉,「為什麼指針會偏轉呢?」伍瀀肇問。指針的偏轉一定有受到磁力的作用,因此推斷是電流在指針的周圍產生磁力,接著發現長時間通電的漆包線開始發燙,那是由於電流熱效應,使得漆包線發熱;而接著試著將漆包線同樣平行指針方向,但置於指北針下方,可以觀察到偏轉的方向和前者不同,且移動漆包線的位置時,指針偏轉的角度也同樣會有改變;由以上的觀察可知,指北針的指針受到電流大小、導線形狀、磁針位置及導線位置的影響。

手做簡易掌上型馬達
利用觀察到的現象,我們可以利用簡單的材料,做出一個掌上型小馬達,只需要一個電池、一個磁鐵、兩個大型迴紋針,以及一段漆包線。首先找一個直徑約莫2公分的罐子,將漆包線留一段約2公分的長度,再沿著罐子外圍繞約5圈,再留另一段約2公分長的漆包線,將兩端往繞好的線圈內繞幾小圈繞緊後,留下剩餘的線圈,將一端用砂紙完全磨亮,另一端平行置於桌上後,只磨亮上方,另一側不用磨亮,這便完成了線圈的部分;當我們加上迴紋針時,碰觸電池的金屬外殼,就有可能導通,利用膠帶在電池的外殼由正極的凸出外緣到負極的一半貼上一條膠帶,使之絕緣,接著將大型迴紋針掰成V字形,再分別將兩隻迴紋針較短的那端用膠帶與電池的正、負極黏合後,將磁鐵置於電池外殼上,再將線圈橫跨於兩個大迴紋針V形的長邊中間,就完成了簡易馬達,先手動旋轉線圈,開啟線圈的轉動。

雖然馬達的製作過程並不困難,但要讓它成功轉動需要許多因素的配合,像是調整磁鐵的角度,或是漆包線兩端刮掉的絕緣部分長度,又或者是電池外殼的膠帶絕緣是否有貼好,都是可以調整的部分;動手做一個簡易小馬達,讓電磁感應不再只是硬梆梆的原理,更可以實際體會。