電動機的核心部分換向器是一種能改變線圈中電流方向的設備。換向器由兩個半環組成,每個半環和金屬線圈的一端相連。當金屬線圈轉動時,換向器也跟隨這個線圈轉動起來。換向器在轉動時,滑過兩個電刷的接觸點。換向器的兩個半環分別通過一隻電刷和電源相連接。實際應用的電動機不止一個線圈,它由很多個甚至數百個線圈繞在一個鐵芯上。線圈和鐵芯的這種結構叫轉子。利用多匝線圈能增大電動機轉動的力量,並使電動機轉動更加平穩。

在多數電動機中,磁鐵靜止不動,而帶電的線圈在磁鐵中間轉動。當電流通過線圈時,線圈就帶有磁性。因為異極相吸、同極相斥,因此線圈在固定磁鐵間旋轉,直到線圈的北極與固定磁鐵的南極相對。接著電流的流向發生逆轉,由此也導致線圈的兩極變動。這時線圈的北極對著磁鐵的北極。因為同極相斥,線圈再旋轉半圈使兩極再次與磁鐵兩極相反。線圈每轉半圈電流就發生逆流,線圈因此就會不停地旋轉下去。這就是電動機旋轉不停的原理。

五、各種各樣的電池

19世紀,科學家伏打發明了原始電池,奠定了電池科技的基礎。在電池的這個大家族中,有許多成員。盡管它們種類繁多,但總地說來,可以分為化學電池和物理電池兩大類。其中化學電池主要包括幹電池、蓄電池、燃料電池、微生物電池、金屬一空氣電池等。

幹電池屬於化學電源中的原電池,是一種一次性電池。因為這種化學電源裝置的電解質是一種不能流動的糊狀物,所以叫做幹電池,這是相對於具有可流動電解質的電池說的。普通幹電池大都是錳鋅電池,中間是正極碳棒,外包石墨和二氧化錳的混合物,再外是一層纖維網。它不僅適用於手電筒、半導體收音機、收錄機、照相機、電子鍾、玩具等,也適用於國防、科研、電信、航海、航空、醫學等國民經濟中的各個領域,用途十分廣泛。

我們在電視或科學畫報上都看見過宇航員在宇宙飛船裏喝水的情景,但你能想到他們喝的水,是由一種特殊的電池提供的嗎?這種電池就是燃料電池。通常它是以氫、甲醇、甲烷和甲醛作燃料,用氧氣、空氣和雙氧水作氧化劑。燃料和氧化劑通過催化劑的作用,在兩個電極上分別發生氧化和還原反應。如果在飛船上采用氫氧燃料電池,氫就會在電極上氧化生成水,供宇航員飲用,從而大大減少飛船攜帶水的重量。可見,燃料電池既提供電能又提供飲水,真是一舉兩得。

放射性同位素能放出各種射線,如α、β、γ射線,並放出大量的熱量。人們把這種熱能轉變成電能;或把射線作用於某些物質轉變成熒光,再使熒光作用於矽光電池產生電流,這樣就做成了放射性同位素電池,即核電池。核電池的可靠性很高,工作壽命可達5~10年。目前人們正在設計能工作15~20年的核電池。同時核電池還可以在很大的溫度範圍和惡劣的環境中工作。例如,它不怕月球表麵127℃~183℃巨大的溫度變化,也不怕深海下的高壓和腐蝕。正因為如此,人造衛星、空間探測器以及高寒山區、遠海孤島等地方,核電池備受青睞。

在密閉的宇宙飛船裏,必須處理宇航員排出的尿。美國為此設計了一個巧妙的方案:用一種芽孢杆菌來處理人尿,生產出氨氣,氨作為電極活性物質在鉑電極上發生電極反應。這樣就構成了微生物電池,亦稱生物化學電池。一個人一天排出的尿,可獲得47瓦的電力。這樣既處理了尿液,又獲得了電,在宇宙飛行中,又是一個兩全其美的成果。

盡管目前微生物電池還處在試驗研究的階段,但這在一定程度上預示著不久的將來,它將給人類提供更多的能源。

六、變壓器

變壓器是一種神奇的儀器,它可以根據需要來升高或者降低交流電的電壓。有了它的幫助,無論你想聆聽收音機中美妙的音樂或者欣賞電視機裏精彩的畫麵,電壓的高低將不會成為困擾人的問題,一切都將變得隨心所欲。

愛迪生發明電燈時,輸電距離僅在30千米以內,否則電壓太低,電燈就不能亮。解決這一輸電難題的辦法,隻能是在使用者附近建立發電站,而且每隔30千米的距離就要備有冒著濃煙、轟轟作響的發電機。