遇水則發

展演模組名稱(實驗名稱)：單極馬達

團隊成員：林勇邑、方稚榕、蘇郁琇、林紫緹、傅靖皓、陳絹宜

班級：水利系 一

普通物理授課老師：陳宜君

儀器說明

三號、四號電池

強力磁鐵

銅線

鎳線

展演流程

-展演流程一

1. 將導線纏繞於電池正極突起端，以免導線在旋轉時脫離裝置。

2.調整導線形狀使其方便 現象發生。

3.將導線纏繞於吸附在負極的強力磁鐵形成一個完整的迴路。

-展演流程二

1. 使用無絕緣層之導線纏繞於粗吸管周圍，製成長形螺線管。

2.將 4 號電磁兩端吸附強力磁鐵，此外兩磁鐵的 磁性為相對的。

3.將裝置放入螺形導線中分析磁鐵磁性與運動方向的關係。

(N 極面對另一磁鐵之 N 極)

原理說明

單極馬達

單極馬達和一般的馬達原理相同，都是利用「電磁感應」，差別只是在於單 極馬達的構造更為簡單。其原理如下圖；當電流由左方流經銅線時，銅線週圍會 形成感應磁場（藍色曲線），而強力磁鐵本身的磁場（綠色曲線），與銅線的感 應磁場產生吸引（紙張的上方，亦即朝讀者方向，因為兩個磁場方向相反，如同 異極相吸）與排斥（紙張的下方，即朝讀者反方向，因為兩個磁場方向相同，同 異極相斥），因此銅線就會旋轉了。而如果將強力磁鐵上下顛倒過來，銅線旋轉 的方向也就會反過來了。

那我們要如何判斷銅線旋轉的方向呢？

一般來說電流在磁場內的作用，其運作的原理最直接的說法是羅倫茲力。一個長 度 L 的導線上有 電流(I)通過，在一個磁場(B)內，電磁交互作用產生的羅倫茲力為 ，

L 的方 向為電流的流向，羅倫茲力垂直於電流與磁場。或是用：「右手開掌定則」。將右手的拇指順著銅線的電流方向（黑色箭頭），其他四指順著強力磁鐵的磁場方向（綠色箭頭），掌心的方向就是導線的前進方向， 即導線所受羅倫茲力的方向。（紅色箭頭）。

生活應用

磁軌炮：

磁軌炮是與單極馬達原理相似的電磁炮發射裝置。磁軌炮以電流產生的勞侖 茲力加速載物，令其沿平行的導軌移動，並進入下一個軌道繼續加速

軍事上用的磁軌炮是「單極馬達」的應用。不使用炸藥與推進劑，而是以電流產 生的勞侖茲力加速載物並取得巨大動能來發射砲彈，並且其發射速度能達到每秒 3000 公尺。