電動機是把電能轉化為機械能的裝置。實際生活中的電動機是利用通電線圈(定子繞組)產生旋轉磁場使通電的轉子線圈在磁場中受到力,形成磁電動力旋轉扭矩,使轉子線圈轉動,從而把電能轉化為機械能的。電動機的種類很多,有單相電動機和三相電動機,直流電動機和交流電動機之分。生活中不少家用電器的主要構成部分是電動機。不管哪一種類的電動機,其工作原理都是利用電流在磁場中受到安培力的作用,從而使轉子轉動的。當電動機由於某種原因不能正常工作,轉子不轉動時,流過電動機的電流會比正常工作時大,時間長了電動機甚至可能燒壞。對這個問題少數同學不理解。那么怎么解釋這種現象呢?
首先,電動機電路不是純電阻電路,歐姆定律不再適用。電動機無論是否正常工作,其線圈電阻是不變的。但不能由歐姆定律推出電動機不轉動時電阻不變,電壓也不變,所以電流不變的結論。事實上電流是變大了的。
要弄清這個問題,還得從源頭上來分析,不管哪一種類的電動機,其工作原理都是利用電流在磁場中受到安培力的作用,從而使轉子轉動的。其簡化原理圖如下圖。
磁場中的通電導線在磁場中受到磁場對它的力叫安培力,安培力的大小由電流的大小,磁場的強弱,電流與磁場間的關系決定,安培力的方向用左手定則判斷。即伸開左手,讓磁感線穿過掌心,四指指向電流方向,伸開的大拇指所指的方向就是導線所受安培力的方向。
當電流方向與磁感線方向平行時,導線所受安培力為零。左手定則可以知道,線框在圖示位置時,ab段導線所受安培力方向向下,cd段導所受安培力方向向上,ad段和bc段導線不受安培力,線框abcd將逆時針轉動。
關鍵之處就在這里,導線ab和cd在安培力作用下使線框在磁場中逆時針轉動,同時ab和cd段導線也在做切割磁感線的運動。根據電磁感應的知識,金屬導體在磁場中做切割磁感線的運動時,會在導體中產生感應電動勢。感應電動勢的方向可以用右手定則判斷。即伸開右手,讓磁感線穿過掌心,大拇指指向導體運動方向,伸開的四指所指的方向就是感應電流的方向。
由右手定則可知,感應電流的方向與導體中原來的電流方向相反。即ab和cd導線切割磁感線產生的感應電動勢與它們兩端原來的電壓相反,在導體內產生的電場也就相反,兩電場疊加,使導體中的合電場減弱,或者說使導體兩端的綜合電壓減小,因而使電路中的電流減小。