魔球

张春芳　等

郑州科技馆磁电展区有一件叫魔球（如图1、图2）的展品，观众走近它只看到一个鸭蛋形金属球放在玻璃盘上，外面用一个半球形的有机玻璃罩罩住.当按下按钮时，只见鸭蛋形金属球在无形力的作用下，仿佛着了魔似的自己开始转动，并且越转越快，最后竟然能自己直立起来一直旋转.那么，魔球的魔力究竟来自哪里呢？

原来，魔球的魔力来自于放金属球的玻璃盘下面.玻璃盘下装有一个绕有线圈的环形铁芯，铁芯上的线圈与三相交流电源相连接．通电后，铁芯周围产生旋转变化的磁场，在变化的磁场中，金属物体内部可产生涡流．盘中的金属球处于变化磁场中，贯穿球体的变化磁场诱导出感应电流，因此，原本平躺在圆盘中的鸭蛋形金属球在涡流与外磁场的相互作用下，随着旋转磁场转动起来，速度越来越快，直至保持直立旋转．转动的球不一定保持在玻璃盘的中心位置，它与盘底相摩擦，除自转外还出现了公转，在离心力作用下旋转半径变得越来越大，观众可看到此时的魔球就像被鞭子不停抽打着的陀螺一样，尖头朝下旋转个不停.

也许你会问：什么是涡流呢？

涡流就是“涡电流”的简称．当交流电流通过导线时，在导线周围会产生交变磁场，处于交变磁场中的整块导体（或半导体）的内部会产生感应电流，这种感应电流在整块导体内部自成闭合回路，其流动的路线呈涡旋形，很像水的旋涡，因此称做涡流.磁场变化越快，感应电动势就越大，涡流就越强.涡流的存在有利也有弊．涡流可作为动力（如本文所提到的魔球的转动）．感应型测量仪表（例如电能表）上的铝盘，就是靠铝盘上的涡流和电磁铁的变化磁场相互作用为动力而转动的．涡流能使导体发热（魔球转动一段时间后，用手触摸可感觉到它温度的升高），若需要产生高温，可利用涡流来取得热量，冶炼金属用的高频感应炉就是感应加热的一个重要例子.可是，在电机和变压器设备中，由于涡流热效应的存在，不但白白损耗了电能，严重时还会影响设备正常运行.

其实，魔球之所以能够转起来还是以电磁理论为基础的，而电磁理论的发现与完善则经历了一个相当漫长而繁复的过程.早在2 000多年前的春秋时期，我们的祖先就发现了磁现象，但在历史上相当长一段时间里，人们一直没把电现象和磁现象联系起来，认为电是电，磁是磁，二者是互不相关的两回事.直到19世纪，丹麦的物理学家奥斯特偶然发现了电流的周围存在着磁场，在世界上第一个发现了电与磁之间的联系．随后，英国的物理学家法拉第经过艰苦的探索发现了电磁感应现象，进一步揭示了电现象和磁现象之间的联系：变化的电场可以产生磁场，变化的磁场可以产生电场．这一划时代的伟大发现，使人类掌握了电磁运动相互转变以及机械能和电能相互转化的方法，成为现代发电机、电动机、变压器技术的基础.

魔球这件展品的运动共经历了电→磁→电→磁→机械能的转化过程，它主要使观众对感应电动机的工作原理和电磁感应现象加深认识.

责任编辑 蔡华杰