富兰克林马达.PDF

富蘭克林馬達 周鑑恒 磁場和電場在空氣中所造成的效應完 線懸吊起來，並置於兩電極之間，使其起始 全不同，電場很強時很容易電離空氣而引起 之受力平衡，金屬物件於是盪向某極，例如 放電現象，磁場則不然。因此，日常生活用 正極，金屬物件撞到正極後帶正電，立即受 到的大小馬達，都利用線圈通電造成磁場， 正極斥開，同時受對面的負極吸引，於昰撞 藉磁力轉動，即使日本新幹線超特快列車上 向負極，撞及負極後帶負電，又重複相似的 所用的大功率馬達（高達幾十萬匹馬力），也 過程，結果就是，金屬物件來回斷敲擊正、 是靠磁力推動。然而，隨著微機械之蓬勃發 負極。富蘭克林製作了這種裝置，裝置的兩 展，微馬達也漸受重視，因為微機械總好用 電極製成鐘型，分別接地和避雷針，將要雷 一般馬達作為動力。當馬達的尺寸越縮愈 擊前，兩電極帶高壓靜電，金屬物件即不斷 小，繞線圈產生磁場的方式漸漸變得困難重 敲鐘，警示即將打雷。這種裝置即稱之為富 重。相反的，直接了當利用電荷之間的庫倫 蘭克林鐘。 力轉動馬達的簡單設計，反而更為實用可 富蘭克林馬達和富蘭克林鐘的原理完 靠，而這樣的設計並非新的創作，早在富蘭 全一樣，只不過是金屬物件不循原軌跡在正 克林研究電學時，製作出運用相似原理的轉 負極之間來回擺盪，而是循圓形軌跡在正負 輪。 極之間繞旋而已。 眾所週知，避雷針是富蘭克林的主要發 本文介紹的富蘭克林馬達實驗，除了有 明，而避雷針之所以能夠導引雷電是靠尖端 關上述同性電荷相斥，異性電荷相吸之外， 放電，所謂尖端放電是因為尖端附近的電場 還涉及摩擦起電、尖端放電、等中小學課程 較強，於是電離空氣，空氣被電離後產生正 中即提到的電學原理。演示之效果，與摩擦 離子和電子，倘若尖端為正極，電子於是被 壂板或尺，以吸引小紙片；金箔驗電瓶感電 尖端吸收，正電尖端附近的空氣於是帶有許 使金箔張開的效果雷同，十分適於在中小學 多正離子，這些正離子被正電尖端斥開，不 中演示。 斷進行這個過程，即造成正極尖端附近一直 圖一為製作過程精度要求較高的富蘭 發放正離子的現象。同理，倘若尖端為負極， 克林馬達，轉子由一珍珠板製成的圓盤構 負極尖端附近就會一直發放負離子。 成，圓盤下面貼上一環狀鋁箔（見圖二），圓 如果能把空氣分子放大，以輕巧的小金 盤圓心垂直插入一根針尖朝上的縫衣針作為 屬物件代替，再把此金屬物件以不導電的絲 轉軸，針尖由磁鐵吸住懸吊整個圓盤，以使 − 45 − 科學教育月刊 第 263 期 中華民國九十二年十月 阻撓圓盤旋轉的摩擦力造成的力矩減至最 圖二 珍珠板製成的富蘭克林馬達之仰視和 小，圓盤上方 3 公釐處左右各有一刮鬍刀 側視圖。 片，左側刮鬍刀以銅絲接地，右側刮鬍刀以 銅絲作為集電器，這具特別改良