馬達小教室:羅倫茲力 ( I )

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羅倫茲力(Lorentz force)很清楚的講述了電場與磁場間的交互作用,也闡述了為何會造成力量的產生,型成了一個完整的電、磁、力系統。對於想要學習馬達及電磁學的初學者,很值得花點時間清楚的了解羅倫茲力。

圖中黃色的部份為導電線,當有電流進入導線後,由安培右手定則可知,導線周圍會產生一個旋轉磁場。外側則有磁鐵所提供的固定磁場;磁鐵的磁場會與導線的磁場交互作用。可看到在圖的上方,磁鐵磁場與導線磁場方向一致,兩組磁場會有加乘作用;下方的磁場方向則是相反,造成抵消的情況,降低了磁場強度。當上方與下方的磁場產生強度差異後,會對導線產生一股向下的推力,這股推力就稱為羅倫茲力。

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而這股力量產生的原因,也可用磁阻力來解釋。由於磁阻力的產生原因,是來自於周圍的磁場要達到最小磁阻、最大磁通量的目標,會產生力量影響導磁材料進行移動。導線並非傳統的導磁材料,但因其本身通電後,生成旋轉磁場,使其具備磁場作用能力,進而促成了磁阻力的產生。

雖然經過說明後,了解是上下磁場的強度差異所造成的;但因其是力的作用,筆者想以純力學的觀點來解釋此現象。本以為可用流體力學來比擬,但流體升力的方向會剛好相反,並不適合用來對比羅倫茲力。

雖然對於羅倫茲力的解釋,筆者覺得有些不足,但羅倫茲力仍然對學習電磁學及馬達有很大的幫助,十分明確的介紹了電、磁、力三者的作用與方向,也為佛萊明定則打下了良好的解釋基礎,方便後人能快速學習了解電磁學及馬達。

重點整理:
科學的起源,來自於現象的觀察。
羅倫茲力完整的描述了電、磁、力的作用規則。

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2025/06/09
讀完文章後,感覺和之前學校所教的右手開掌定則所判斷的方向相反耶?
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發文者
2022/07/05
其實,全部的線圈都同時在發電,只是每組線圈的發電量會因角度的不同,有所差異。從磁通0,旋轉到磁通最大值時,可以想成發電的能量累積到達鋒值,此時整流子及碳刷將電能傳送出去。 而線圈在從最大磁通轉至磁通0的這區域,也會再次發電,只是這次的電流方向會與剛剛相反。 依您的圖來看,磁鐵在左右兩側,則線圈在跑上半圈時,發的電流是同一方向,在跑下半圈時,則電流會反向。
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發文者
2022/07/05
這樣聽起來,您只有一個部份需要調整,要在短路線圈上誘發電流發電,需要的是磁場的變化,如同冷次及法拉第定律,重點在於變化,而非恆定的磁場。因此希望線圈旋轉時,會從0磁通的位置轉至最大磁通後,在轉至0磁通位置,這樣才能持續發電。因此在結構上會刻意讓線圈轉超過磁場作用範圍,造成磁通變為0。
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發文者
2022/07/05
可以,但這應該後面也會講到。主要是繞線、換向器、碳刷,三者的組成,限制了電流方向及電流的銜接,導致直流發電的結果。
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2022/07/05
感谢大佬!另我对直流发电机的换向理论(换向打火)有一些疑问,课堂上老师的释义很模糊,不知道可否在此探讨?
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發文者
2022/07/05
可以,但這應該後面也會講到。主要是繞線、換向器、碳刷,三者的組成,限制了電流方向及電流的銜接,導致直流發電的結果。
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2024/12/30
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