第十章 D 直流电动机
电动机是现代社会中使用得最多的动力设备。大型的排污泵需数十至数百千瓦的电动机；各种机床上使用着各种不同规格的电动机；磁浮列车实际上也是一种铺展成直线的电动机；家用电器中的电动机也随处可见，如电冰箱、洗衣机、脱排油烟机、电扇、录音机、录像机等等中都有电动机，图10-32所示是洗衣机用的无刷直流电动机；在一些特殊场合还需要极小的电动机，于是人们研发了小如米粒那样的微型电动机（图10-33）。
电动机是一种电能转化为机械能的装置，电动机在通电转动时由于线圈有一定的电阻，因此总会发热，此外还有一些其他的能量损耗。尽管电能不可能百分之百地转化为机械能，但电动机还是属于能量转化效率很高的一种动力机械。
下面我们讨论磁场力的一种应用——直流电动机。
直流电动机中的转子为什么会不停转动呢？
简单的直流电动机（图10-34）内有可绕轴转动的软铁芯（转子），铁芯上绕有匝数较多的线圈，线圈的两端分别接在两个半圆形金属换向器上；压在换向器上是一对电刷，通过引出线可与电源连接，整个线圈置于两个永磁体产生的磁场中，永磁体作为电动机的定子。
图10-35是直流电动机工作原理示意图。电动机的转子可简化为一个矩形线框ABCD，换向器的两个电刷分别连接电源的正、负极。接通电源，线圈的AB、CD边受磁场力作用，便会带动转轴不停地转动，并将动力通过转轴向外输出。
1．直流电动机工作原理
作用在电动机线圈上的磁场力使电动机的转子发生转动。
电动机是一种将电能转变为机械能的装置。
自主活动
请你画出线圈在图10-35（a）所示位置时，线圈内的电流方向及AB、CD边所受磁场力的方向，并指出此时线圈怎样运动？
大家谈
1．换向器的作用是什么？
2．电动机会不会停止在图10-35（b）位置不再转动？为什么？
电动机的效率怎样测定？
电动机是把电能转变为机械能的装置。在能量转换过程中有能量损失，这就涉及到电动机效率问题了。
直流电动机的输入电功率P入＝IU（I是通过线圈的电流，U是输入电压），输出机械功率P出＝
由于能量总有损耗，直流电动机的效率，即输出功率与输入功率之比，总是小于100%。
2．电动机的效率
电动机输入电功率为P入，输出机械功率为P出，电动机的效率
η＝
下面请同学们自己设计一个测定直流电动机效率的实验，看看该电动机的效率有多大？
1．本实验给出的主要器材，如图10-36所示。
2．讨论：本实验中应如何测定电动机的输出功率和输入功率？
3．写出计算电动机效率η的表达式。
4．本实验要测定的物理量有哪些？
5．在下面框中画出实验装置示意图，设计实验步骤。（注意：至少测量三次）
6．设计实验数据记录表格。
7．将自己设计的方案与别组同学进行交流，修正自己的方案。
8．完成上述实验，并得出结论。
学生实验
测定直流电动机的效率
【实验目的】
测定在一定电压下工作的直流电动机的效率。
【实验器材】
直流电动机（带长轴，额定电压4.5 V）、电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关、盛砝码小盘（质量已知）、停表、刻度尺，砝码若干、细绳一根、导线等。
【实验结论】
__________________________________________。
自主活动
1．将自己小组测得的电动机效率与其他小组测得的结果进行交流、比较，看看各个不同电动机的效率有什么特点？
2．电动机的效率与输出功率是否有关？
英语角
Magnetic Levitation Train
Magnetic Levitation Train (MAGLEV) is a high speed ground transportation mode that has been under active research, development and debate for over 30 years. The basic idea for MAGLEV train is to suspend a passenger train body above the rail by magnetic fields so there is no physical contact between the train and the rail. The elimination of friction between the wheel and rail allows for higher speeds and lower maintenance costs.
Shanghai has been the world's first city to have a commercial magnetic levitation train net.
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