只需铜线、电池与强磁铁,就可以在家做一列电磁“小火车”,跑得还挺快。一起来看看演示视频吧~小火车本体是两侧都吸上了强磁铁的电池,轨道则是用裸铜线缠绕的螺线管。当“小火车”放入铜线管,电池两头的磁铁都与铜线接触,在局部形成闭合的回路,通电的螺线管产生磁场,与磁铁相互作用,就为小火车提供了前进的动力。要让“小火车”动起来,电池两侧磁铁的方向也非常重要。
如视频中提到的,需要找到磁铁互斥的两级,然后把电池夹在互斥的两级之间。也就是说,NS电池SN,SN电池NS这两种接法都可以,而如果接成了NS电池NS,则电池无法在铜线中运动,此时两侧磁铁的受力正好抵消了。当回路接通时,铜线管产生磁场的强度是围绕电池中心两侧对称的,而且靠外的地方强度会弱一些。左边和右边的磁铁靠里的一头受到的力大小应该一样,方向取决于磁铁的摆放方向(靠外的一头也是如此)。
如果像图中这样放置磁铁,那么会产生两份较大的向右的力,两份较小的向左的力,结果是受力不平衡,可以推动电池向右走;而如果变成NS电池NS的接法,受力就变成了向左向右的力都是一大一小,最终受力平衡。强磁铁上可能没标出哪个是N极哪个是S极,所以把互斥的两极找好之后,我们依然不确定“小火车”会往哪个方向走。这个解决起来很简单:只要把小火车塞进铜线管试一下就可以了。
如果一往里推它就会自己退出来,那么只要从线圈的另一侧开口放进去,或者把电池翻过来就可以顺利前进了。视频中使用的是直径1mm的裸铜线,在一支笔上绕出线圈。注意外面有绝缘层的漆包铜线不适合进行这个实验,即使人工刮掉也很麻烦。要保证铜线圈直径>磁铁直径>电池直径。须要注意的是,这款的“小火车”因为轨道短,每次都很快就跑到头了,所以电池发热并不明显。
不过还是要留意一下电池发热的问题,尤其是当它在铜线圈里卡住的时候,要尽快把它取出来。如果想要得到一条很长的“轨道”,就需要准备足够多的铜线。如果把线圈连成环形,还可以做出一条“环形隧道”来。