李蘭坤

摘要：電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，其原理又比較簡單。簡而言之，就是電與磁的轉(zhuǎn)換。本文簡要介紹了電動(dòng)機(jī)原理的作用，以便學(xué)生可以更好地學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī) 原理 電磁 轉(zhuǎn)動(dòng)

電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)？我們用軌道、金屬桿、導(dǎo)線、開關(guān)組成一個(gè)閉合回路，把磁體兩極放在金屬桿上，金屬桿就會(huì)在軌道上運(yùn)動(dòng)。磁場對(duì)通電導(dǎo)體具有力的作用，力的大小與電流大小有關(guān)。我們根據(jù)這個(gè)原理，發(fā)明了電動(dòng)機(jī)和動(dòng)圈式揚(yáng)聲器。這個(gè)原理還有什么用處呢？下面，筆者具體地探討了一番。

第一，電磁炮。電磁炮的原理非常簡單。19世紀(jì)，英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)，位于磁場中的導(dǎo)線在通電時(shí)會(huì)受到一個(gè)力的推動(dòng)。如果讓導(dǎo)線在磁場中做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線上也會(huì)產(chǎn)生電流。這就是著名的法拉第電磁感應(yīng)定律。

正是根據(jù)這一定律，人們發(fā)明了如今廣泛應(yīng)用的發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。它也是運(yùn)用了電磁炮的基本原理，或者說，電磁炮不過是一種比較特殊的電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)，而是做直線加速運(yùn)動(dòng)的炮彈。

那么，如何產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)炮彈的磁場，并讓電流經(jīng)過炮彈，使它獲得前進(jìn)的動(dòng)力呢？一個(gè)最簡單的電磁炮設(shè)計(jì)如下：用兩根導(dǎo)體制成軌道，中間放置炮彈，使電流可以通過三者建立回路。把這個(gè)裝置放在磁場中，并給炮彈通電，炮彈就會(huì)加速向前飛出。1980年，美國西屋公司為“星球大戰(zhàn)”建造的實(shí)驗(yàn)電磁炮基本上就是這樣的結(jié)構(gòu)。目前，電磁炮還在進(jìn)一步研究中，筆者相信不久后，電磁炮將會(huì)運(yùn)用在我們的軍艦和戰(zhàn)車上，服務(wù)于我國的現(xiàn)代國防，服務(wù)于現(xiàn)代戰(zhàn)爭。

第二，電磁彈射器。電磁彈射器有多復(fù)雜呢？它的原理是通電導(dǎo)體在磁場中受到力的作用，有點(diǎn)類似于電磁炮。從最簡化的角度來說，它就是炮彈換成了帶動(dòng)飛機(jī)加速的滑塊?，F(xiàn)在，筆者描述一下最簡化的電磁彈射器模型：兩個(gè)導(dǎo)軌上架著一個(gè)導(dǎo)體滑塊，外加一個(gè)垂直于導(dǎo)軌的電磁場，通電后滑塊就會(huì)在洛倫磁力的作用下加速。具體適用公式為F=BIL，F(xiàn)是力，B是磁場的大小，I是電流的大小，L是滑塊在有磁場的導(dǎo)軌上的位移大小。另外，人們可以通過減小電流的大小，來改變力的大小，就連無人機(jī)也能發(fā)射，這是蒸汽彈射器不能替代的。

電磁炮和電磁彈射器推進(jìn)了武器現(xiàn)代化的進(jìn)程，除了能加強(qiáng)我們的國防之外，它們還有什么用途呢？發(fā)射火箭。據(jù)《國防科技工業(yè)》介紹，我國將在2020年完成地面大型電磁彈射的系統(tǒng)演示、系統(tǒng)建設(shè)和原理驗(yàn)證試驗(yàn)，整套系統(tǒng)的最終目標(biāo)是從地面發(fā)射火箭，攜帶衛(wèi)星等載荷進(jìn)入太空軌道。據(jù)此，我們可以提出幾個(gè)問題，如電磁彈射火箭上天在原理和工程技術(shù)上是否可行？將來電磁彈射火箭能否取代今天化學(xué)能火箭的主流地位？

電磁彈射飛機(jī)不僅應(yīng)用在航母上，其原理還將在未來運(yùn)用到民用商業(yè)飛機(jī)的起降上。因?yàn)殡姶艔椛涞脑硎窍嗤ǖ?，從直徑幾毫米的小球到幾百噸的大型火箭，都可以采用電磁彈射原理進(jìn)行加速。所以在原理上，運(yùn)用電磁彈射對(duì)火箭進(jìn)行加速，可以讓它獲得一個(gè)非常大的向上飛行速度。

但是，基于實(shí)現(xiàn)的工程技術(shù)，我們只有在限定任務(wù)、用途和環(huán)境的情況下，才能做出電磁彈射火箭。以目前的技術(shù)來說，載人航天使用電磁彈射是不可行的，因?yàn)槿说纳眢w結(jié)構(gòu)很脆弱，經(jīng)受不住過于急劇的加速。和化學(xué)能火箭有巨大的高度進(jìn)行持續(xù)和緩的加速不同，電磁火箭是在有限長度的軌道上完成特別大的末端速度，這個(gè)加速度遠(yuǎn)超人類生理的極限承受能力，這也是制約電磁加速進(jìn)行載人航天發(fā)射的最大問題。

因此，在電磁發(fā)射火箭的時(shí)候，如果是發(fā)射不帶人的任務(wù)載荷，通過加大火箭和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，耐加速?zèng)_擊的能力只需要達(dá)到接近迫擊炮彈發(fā)射的水平，就能在 5公里軌道內(nèi)完成從靜止到第一宇宙速度的加速。當(dāng)然，在電磁火箭發(fā)射的前期，可以不用、也不會(huì)做到這一地步。在前進(jìn)的道路上，我們會(huì)遇到很多工程問題，只有不懈努力，就能克服一個(gè)個(gè)難題。

通電導(dǎo)體在磁場中受力，是一個(gè)簡單的問題，我們拓展到了電磁炮、電磁彈射器、火箭的發(fā)射。筆者相信，相信在未來的生活實(shí)踐、現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，這一原理有更廣泛的運(yùn)用空間。