二 、磁场对通电矩形线圈的力矩

磁场对通电矩形线圈的作用，电动机是一个最好的实际应用例子。

按所接的电源不同，电动机可分为直流电动机和交流电动机两大类，它们的原理都是利用载流矩形线圈在磁场中会受到一对力偶的作用而旋转，但其本质仍然是磁场对载流直导体会产生力的作用。电动机就是利用磁场这一重要特性把电能转变成了机械能。

如图4-35所示为直流电动机的工作原理，它与交流电动机的主要区别是直流电动机在电流的输入、输出口处设计了一个称为换向器的装置，利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致而连续旋转。

在图4-35中，磁场为匀强磁场，当开关合上时，矩形线圈abcd的两个有效边ab和cd分别受到一对大小相等、反向相反、作用力不在同一条直线上的力，其方向用左手定则判断。线圈在这对力偶的作用下，将绕转轴O—O′转动。

图4-35 直流电动机的工作原理

理论和实践证明，线圈的力矩，即线圈转矩的大小为

M=BIScosα （4-10）

式中 B——匀强磁场的磁感应强度，单位为T；

I——通过线圈的电流，单位为A；

S——载流线圈在磁场中的面积，单位为m²；

α——线圈平面与磁感应强度B的夹角；

M——线圈的力矩，单位为N.m。

为了增加效果，实际上线圈是多匝的。对于N匝线圈来说，式（4-10）应写为

M=NBIScosα （4-11）

实训与思考11

◆按图4-36所示连接好电路，合上开关，你观察到了什么？____

◆调节滑动变阻器的阻值，观察现象；你观察到了什么？____

◆改变电动机模型中的磁极方向，观察现象；你观察到了什么？____

◆怎样调节电动机的转速和方向？你的结论是什么？____

图4-36 磁场对通电矩形线圈的作用实验