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离心机学苑: 再狂躁的离心机都有一颗仁“磁”的心 ——电动机电磁学理论探讨

时间:2018-03-05 来源: 浏览次数:994

实验室离心机是通过高速旋转产生的离心力场,对生物化学实验室样品进行分离纯化的常规前处理仪器。广泛地应用于生化制品科学研究和生产部门,电动机是离心机的核心部件,是产生高速离心力场的力量源泉。再狂躁的离心机小哥都有一颗仁“磁”的心。湘立小编今天和各位一起认真探讨一下电动机的电磁学理论。首先,让我们一起来致敬那些为电动机的原理和产业化应用做出贡献的物理学家和工程师前辈。


1:电动机理论原理的突出贡献者

1820年,丹麦物理学家Hans Christian Oersted 在做实验时发现,如果在直流导线附近,放置一枚小磁针,则当导线中有电流通过时,磁针将发生偏转,首次验证了电流的磁效应。1831年,英国实验物理学家Michael Faraday经过多次巧妙的实验设计验证,总结出了电磁感应定律,即磁场的磁通量变化会引起处于变化磁场中的闭合线圈产生感应电动势。1832年法国工程师毕克西依据电磁感应定律,制造出了第一台手摇发电机,将机械能通过转化为电能。1838年,俄籍德裔物理学家Heinrich Friedrich Emil Lenz总结探讨了电机可逆原理,阐明电机既可以作为发电机将机械能转化为电能,也可以作为电动机将电能转化为机械能。


2:电动机工程应用的突出贡献者

在电磁感应定律和楞次定律的理论基础上,1834年,俄国电机工程学家雅可比制作出了用于实际电力拖动的直流电动机,通过蓄电池供电,成功驱动了一艘小艇在易北河中行驶。1866年,西门子公司的创始人,德国著名发明家Werner von Siemens 发明了自励式直流发电机和电动机,并成功应用于电力机车驱动。1870年,比利时工程师格拉姆发明了环形电枢自激直流发电机和电动机,促进了发电技术和电动机驱动技术的广泛应用。1886年,美籍塞尔维亚裔科学家Nikola Tesla发明了基于交流供电体系的交流异步电动机,从此,经济实用又具备高可靠性的交流异步电动机开始广泛应用于各行各业,成为第二次工业革命发展中的主角。现在,随着电机工程科技的不断进步,各种直流和交流电动机应用于人类社会生产生活的各个场合。发电机和电动机成为现代社会不可或缺的能量及动力来源。那么,电能和机械能是如何相互转化的呢?为了探明这个实验室离心机心脏部件的“心机”,湘立小编和大家一起来复习一下电磁学的基础理论。电机是指能实现机电能量转换或信号转换的电磁装置。是以磁场为媒介进行电能与机械能相互转换的电力机械。包括变压器、发电机、电动机三大类,其基础物理定律为电磁感应定律和楞次定律。英国电机工程学家弗莱明总结出了简单实用的右手定则和左手定则,用于帮助技术人员判断电磁力的方向和感应电流的方向。法国著名物理学家安倍发现了用于判断磁场方向的右手螺旋法则。左手定则应用于电动机,用于判断力的方向,右手定则应用于发电机,用于判断感应电流和电动势的方向。右手螺旋法则应用于电磁铁,用于判断电磁场的南北极方向。根据左手定则,判断导线在磁场中受力方向时。伸开左手,使拇指与其他四指垂直且在一个平面内,让磁感线从手心流入,四指指向电流方向,那么大拇指指向的就是安培力方向,即导体受力方向。根据右手定则,判断感应电流方向时,伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内;让磁感线从手心进入,并使拇指指向导线运动方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。安培右手螺旋法则用于判断电流和电磁场磁感线方向的关系。对于通电直导线:用右手握住通电直导线,让大拇指指向电流的方向,则四指指向就是磁感线的环绕方向;对于通电螺线管:用右手握住通电螺线管,让四指指向电流的方向,那么大拇指所指的那一端就是通电螺线管的N极。


图3:电、磁、力的判断法则

通过湘立小编和大家的探讨,再结合以上图3所示。各位实验室大咖应该一眼就能看懂实验室离心机那颗仁“磁”内心的动力之源了吧。

(文:湖南湘立科学仪器有限公司 市场与产品管理部)





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