家用電器產品,除電熱類器具外,基本上都以電動機作為動力源,如電風扇、吸塵器,洗衣機、電冰箱、家用攪拌銀等,都由電動機驅動進行工作。為了敘述的方便和避免重複,我們把電動機作為單獨一篇來介紹。
電動機是一種能量轉換裝置,其作用是將電能轉換成機械能,它的工作原理是建立在電學的基礎上的,因在講述電動機前,我們先來回顧一下電磁學的基本現象。
第一節 電流和磁場
靜止的電荷周圍存在電場。電荷運動形成電流,而在電流的周圍又會產生磁場。電與磁是電學中不可分割的兩個基本現象。
一、永久磁鐵及其性質
天然磁鐵和人造磁鋼都能長久保持磁性,故稱其為永久磁鐵。磁鐵早已為人們所利用。根據需要,可以加工成不同形狀。
磁鐵具有吸引鐵、鈷、鎳等含鐵性物質的性質稱為磁性。磁鐵的兩端吸引力最強,稱為磁鐵的“磁極”。用符號“N”表示“北極”,用符號“S”表示“南極”。磁的兩極具有相互依存的特性。將一段折成若幹段後,每一小段磁鐵仍具有N、S兩個磁極。磁極之間存在著相互作用力,即磁力。實踐證明,異性磁極具有相互吸引力的作用;同性磁極有相互排斥力的作用。
二、磁場與磁力線
力總是通過物質傳遞的,磁極問“同性排斥、異性相吸”是有一定範圍的,磁極間的作用力所能達到的範圍稱磁場。磁場是一種特殊物質。
磁場在空間的分布狀況,可用磁力線表示,磁場的強弱,可用磁力線的疏密程度表示。在磁鐵外部的磁力線是自N極經空間進入S極形成閉合曲線。且磁力線間永遠不會交織在一起。兩異性磁極間的磁力線均勻分布可稱;均勻分布可稱均勻磁場。磁力錢與磁極端麵是相互垂直的,在空間的磁力線雖然可以擴大、彎曲或變形,但總是處於力求縮短的趨向。這些都是磁場所具有的特性。置於磁場中的小磁針N極的指向即為磁場方向,也是磁力線該點的切線方向。這是利用磁極同性相斥,異性相吸的道理來判斷磁場方向的簡易方法。
通電導體周圍都存在著磁場。
用右手螺旋定則可以判斷通電導體周圍磁力線的方向,即右手握導線,拇指指向電流方向,其餘四指彎曲的方向即為磁力線的方向。載流線圈飾磁力線方向,可以用右手螺旋定則判斷,即用右手握住線圈,且使彎曲的四指指向線圈中電流方向,拇指所指方向為磁力線的方向。
三、磁感應強度與磁通
(一)磁感應強度
磁感應強度,是表示磁場強弱的,且是矢量。它的方向是被測點的磁場方向。磁感應強度用符號B表示。
磁場中某給定點的B值是常數,但磁場中的不同點的值不一定相同。
(二)磁通
磁感應強度B及與相垂直麵積S的乘積叫做該麵積的磁通。
四、磁場對載流導體的作用
有電流通過的導體稱為載流導體,它的周圍存在著磁場。因此,無論是兩根載流體間還是載流體與磁鐵間都存在著力的相互作用。這種力稱為電磁力。
實驗證明:載流導體受到電磁力的大小和方向與磁場的強弱、電流的大小及導體和磁場的相對位置有關。三個物理量之間的關係,可用左手定則判斷。
伸出左手,使拇指與四指在同一平麵垂直,讓磁力線垂直穿過手心,四指指向電流方向,則拇指指向就是載流體受力的方向。當導體與磁場垂直時,產生的電磁力為即磁場對載流體作用力的大小與磁感應強度、電流強度、導體長度以及電流方向與磁力線方向夾角正弦的乘積成正比。