自制电磁轨道炮和直流电动机(2)

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摘要：(3)使用方法。如图1所示,连接电路后,把铜导体棒水平放置在导轨上靠近导轨一端,把单刀双掷开关扳到1位置,给电容器充电,然后迅速把开关扳到2位置,导体棒

(3)使用方法。如图1所示,连接电路后,把铜导体棒水平放置在导轨上靠近导轨一端,把单刀双掷开关扳到1位置,给电容器充电,然后迅速把开关扳到2位置,导体棒迅速被弹射出去,做平抛运动;改变干电池的正负极,重复上述操作,导体棒会迅速被向相反的方向弹射出去。

(4)制作改进。如图2中所示,E取24V,C取4000微法,K为单刀双掷开关,C为容量较大的电解电容,L为自制电磁道炮的驱动线圈(多匝,直径0.5毫米的漆包线绕在外径6毫米的空心玻璃管上,绕大约50匝),其“炮弹”是放于上部线圈内的一根缝衣针,放置空心玻璃管内;实验时先将K扳向1,使C处于充电状态,然后将K扳向2,这时C进入放电状态,电容C内的电量在极短时间内通过L进行放电,形成瞬间强大放电流,从而产生一个瞬态较大的磁场力,使电磁轨道炮管内的缝衣针很快飞出。

2 直流电动机

电动机是电器中常用的电子产品,分为直流直流电动机和交流直流电动机,直流直流电动机的原理是安培力作用下导体的运动。下面该研究将介绍直流电动机的原理和制作过程。

2.1 直流电动机原理

直流电动机是一种将直流电能转换为机械能的机械,一般由定子和转子两部分组成。定子部分包括主磁极、机座、端盖、换向极、电刷装置等;转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等[6]。其中,主磁极由主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成,作用是建立主磁场;基座不仅是主磁路的一部分,还是电机的结构框架用于起支撑和防护的作用;换向极由铁心和绕组组成,用于改善换向;电刷装置由电刷、刷盒、刷杆和连线等组成,是电枢电路的引出和引入装置;换向器由许多鸽形尾的换向片排列成一个圆筒片间用V形云母绝缘,两端再用两个形环夹紧而构成,有逆变的作用。

直流电动机的工作原理如图3和图4所示,每当线圈刚过平衡位置时,就改变一次电流方向,从而改变线圈的受力方向,使磁场中的通电线圈连续转动。如图3所示,在磁场作用下,N极性下导体ab受力方向从右向左,S 极下导体cd受力方向从左向右。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。当电磁转矩大于阻转矩时,电机转子逆时针方向旋转。把电刷A、B接到直流电源上,电刷A接正极,电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。当电枢旋转到图4所示位置时,原N极性下导体ab转到S极下,受力方向从左向右,原S极下导体cd转到N极下,受力方向从右向左。该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩。线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转。

2.2 制作直流电动机

(1)材料。长约15cm带包皮的硬直铜(铝)导线,一节锂电池(2. 8v左右),一枚圆形磁铁(大小与锂电池截面积相近)。

(2)制作过程。在硬直铜(铝)导线正中间用钳子除掉约2cm的包皮,铜(铝)导线两端用钳子除掉约1cm的包皮,然后把导线用钳子弯成如图5线框部分的形状。导线底部两端各弯成弧形,略大于锂电池直径大小;把锂电池外包皮去掉,裸漏出锂电池金属外表(表示电源的负极部分);把磁铁放置在锂电池下方,线圈架在锂电池正极上。如图5所示。

(3)使用方法。手轻轻触碰线圈下端,让线圈下端裸露部分与锂电池负极相碰,线圈便自动转动起来;改变磁铁的N、S极,线圈转动方向相反。

3 结语

该研究首先介绍了电磁轨道炮和直流电动机的原理,然后提出如何根据电磁轨道炮和直流发动机的理论设计并实现电磁轨道炮和直流电动机,并根据实验情况提出电磁轨道炮和直流电动机实验的一些改进,使得设计的电磁轨道炮和直流电动机运行更加稳定。

文章来源：《中学物理》 网址: http://www.zxwlzzs.cn/qikandaodu/2021/0709/942.html

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