2012年12月24日

科學玩具-電磁-舞動地球

1824年,物理學家阿拉戈(Arago,1786-1853) 發現一種神奇的現象,並製作渦流迴轉圓盤。當銅板旋轉時,位於銅板上方的磁針也會跟著旋轉,進而發現了電磁感應的現象。1855年,法國的雷昂(Leon,1819-1869)發現渦電流。當導體在不斷改變的磁場中時,導體內部的電子由於磁場的改變,會在金屬內部生成一旋轉的感應電流,這種內部電流稱為渦電流,這些電子會以環狀形式運動,而且形成與進入金屬的磁力線相斥的磁場。

根據楞次定律渦電流會在一個圈內流動,以抗衡磁場的改變。其流動方向與線圈方向平行,且為一封閉曲線。當先前進入金屬的磁力線逐漸要穿出金屬時,金屬內部又會產生和原先相反方向的電流,並形成和磁鐵相互吸引的磁場。也就是隨磁通量改變而呈反方向流動。然而當渦電流流動時,會在導體中產生熱,引致能量損失。
有天和科學狂人、泡泡龍老師相約去逛台南專門做大批發的倉庫,看到這顆地球以及球上的舞偶,二話不說,直接掏錢先買了三座回家!有時候購物就真的是可遇不可求,怕的就是沒機會再看到它。那麼,究竟這顆地球有何玄妙之處呢?它為什麼在臺座上會轉動?又為什麼會讓站在地球上的舞偶隨之旋轉起舞呢?讓我們一起來看看它的內部構造吧!
首先,將卡榫打開,地球殼即分成左右兩半
圖片中的左半球僅為空殼,而右半球則是機關重重

仔細一瞧,這組機關用中間的金屬桿固定在球殼上
一旦驅動時,金屬桿做為轉軸,由馬達驅動,帶動內部的齒輪組
整組機關便以它為軸心而轉動著

右下角圓圓的這一區塊,是機關中的揚聲器(喇叭)
不過,這類型轉動玩具的音樂聽來聽去,似乎只有小甜甜布蘭妮的歌而已
動感舞曲聽久了,還真覺得吵了點

這個頗有份量的灰色重錘,有點像不倒翁底座的功能
是在滾動時讓整組機關回歸到原本位置的重要元件
少了它將重心移至轉軸下方,球就會飄忽不定,沒有一定的旋轉規則可循

上面那塊圓圓的氧化鐵磁鐵,固定在黑色活動伸縮底座上,功能為開關
當它被吸附住時,內部電路才能連通,少了它的存在,將如同斷路
如何吸附成通路?待會兒告訴你!

將機關半球擺在臺座上,就如同照片所示,重錘在下,磁鐵開關在下
機關和臺座大約呈30度角

當塑膠球殼在臺座上旋轉時,摩擦力必定是個不利轉動的因素
所以在臺座內的軌道中,加顆鋼珠當做軸承
滾動摩擦當然小於滑動摩擦,真是個不錯的設計

當塑膠球殼旋轉時,站在球上的舞偶也會跟著邊移動邊旋轉。如果只是一個普通的塑膠製品,當然不可能有移動和轉動的表現。翻轉底座一看,原來底座中心有顆強力磁鐵,就是貼著花瓣圖案的那塊,這就是旋轉的秘密。

當把舞偶放在球殼上時,舞偶底座的強力磁鐵便會把內部的氧化鐵磁鐵向上吸。一旦氧化鐵磁鐵被吸離活動伸縮底座時,原本在機關內部分離開的兩個電極板就會被擠壓在一起而形成通路,電流進而驅動內部馬達及齒輪組,並帶動地球的轉動。
不過由於轉軸位置的關係,氧化鐵磁鐵只能固定在赤道上轉動。而舞偶底部的強力磁鐵受到氧化鐵磁鐵移動的影響而產生渦電流,便會隨著在赤道上轉動起來。兩位舞者邊移動邊旋轉,真神奇也真好看!不過也真的佩服設計者的巧思。
如果將周圍燈光關掉,就會發現內部的LED燈也發亮著
還真是個華麗的舞池

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