中國科學技術館之旋轉的金蛋

◎文圖 中國科學技術館 李志忠

當你每天乘坐電梯上下樓時，當你路過建筑工地看到高聳的塔吊時，當你騎著電動自行車飛馳時，你有沒有體會到電動機為我們的生活帶來的便利呢？電動機又是怎么工作的呢？在中國科技館二層“探索與發現”A廳就有這樣一件奇妙的展項，它的結構看起來很簡單，卻非常直觀地為我們展示了電動機的原理，它就是“旋轉的金蛋”。

按下臺面上的開關，原來安靜躺在圓盤上的金蛋開始慢慢旋轉，并且隨著旋轉速度的增加，會逐漸直立起來。仔細觀察這個展項就會注意到，在玻璃圓盤的下面布置了三組線圈，每組之間有120°的夾角。

為什么金蛋會旋轉呢？答案就在這些線圈上。當我們按下開關接通電源后，在三組線圈中會通過三相交流電；與此同時，由于電磁感應的存在，圍繞三組線圈會產生旋轉的磁場。而擺放在圓盤中間的金蛋是一個閉合的導體，由于受到旋轉磁場的影響，會在金蛋內部產生感應電流。于是，金蛋就受到了線圈產生的磁場作用，并沿著旋轉磁場的方向開始轉動。由于金蛋屬于一半實心一半空心，隨著旋轉速度的增加就會自動直立起來了。

旋轉的金蛋看似簡單，其實它是我們生活中常見的電動機雛形。電動機的起源可以追溯到1820年，奧斯特關于電流磁效應的發現使人類認識到電流可以產生磁場。法拉第對電磁感應的闡釋，又揭示了電力可以轉換為旋轉的動力。到了1837年，德國人雅克比設計了人類歷史上第一個簡易的電動機，人類終于揭開了電動機的神秘面紗。雖然在后來的40多年間，電動機還一直停留在實驗階段，但到了1870年，隨著直流電動機的發明，以及該技術在1879年柏林工業博覽會上的大放異彩，它最終走入了人類的生活。

伴隨人類技術的進步，電動機出現了許多革新，并且出現了眾多種類。從結構上區分，有用于醫療器械、電子設備的微型電動機，也有用于礦山機械的大型電動機；從驅動模式上區分，有交流電動機，也有直流電動機；從運轉速度上區分，既有高速電機，也有低速電機和恒速電機。而且，由于電動機具有無污染的優勢，電動汽車已經成為世界汽車行業的發展熱點，電動機更是成為我們生活中離不開的動力工具。

電動機的發明和應用也使我們深刻地認識到，科學家從事的基礎理論研究，一旦獲得重要的發現，就會在應用領域推動技術的發展，并最終改變人類的生活方式，推動人類社會的進步。