电与磁的共舞：解开电动机转动之谜

【来源：易教网 更新时间：2026-01-10】

磁场里的“推手”：看不见的力量

同学们，晚上好。

我知道，很多同学一翻开物理课本，看到“磁场对电流的作用”这一章，头就开始疼了。左手定则、右手定则，一会儿判断这个，一会儿判断那个，仿佛进入了一个迷宫。尤其是看到电动机那部分，什么转子、定子、换向器，一堆名词扑面而来，只想把书一合，听天由命。

但今天，我们不走寻常路。我们不先去记那些让你头疼的定则，我们来聊点好玩的。你有没有想过，为什么一个普普通通的线圈，通上电，放到磁场里，它就“活”了过来，开始不停地转动？这股让世界运转起来的神秘力量，究竟从何而来？

想象一下，磁场是一个巨大的、看不见的舞台。这个舞台上有它自己的规则，有自己的秩序。现在，我们让一股电流，也就是一群带着电荷的小家伙，以特定的方向冲进这个舞台。有趣的事情发生了。磁场这位“舞台总监”，似乎并不喜欢这些外来者直愣愣地穿过。它会伸出一双无形的手，给这些电流小家伙一个“推力”。

这个推力非常有性格。它既不顺着电流的方向，也不顺着磁场的方向。它总是站在旁边，用一种“旁敲侧击”的方式，把电流往旁边推。这个推力的方向，跟电流方向垂直，也跟磁感线方向垂直。你可以做一个简单的手势来记住它，但更重要的是理解它的“脾气”。

这位“舞台总监”的脾气还很古怪。你让电流小家伙换个方向进场，它的推力方向也立刻跟着改变。你把舞台的南北极对调一下，也就是改变了磁场的方向，它的推力方向同样会改变。但是，如果你让电流和磁场同时换个方向，这位总监的推力方向反而“不乐意”改了，它还是保持原来的方向。是不是很奇妙？

这就像你一个人走路，别人推你一下，你会往一个方向趔趄；如果你和推你的人同时转身，你们之间的相对关系没变，你趔趄的方向自然也不会变。

还有一个细节，决定了这位总监“推不推”。当电流小家伙横穿舞台时，也就是电流方向和磁感线方向垂直时，这个推力是最大的。磁场会觉得“你居然敢横穿我的地盘？”，于是用尽全力去推它。可如果电流小家伙顺着磁感线的方向走，磁场就好像没看见它一样，任其通行，不给任何推力。

这就像在一条河里游泳，如果你顺着水流方向游，你会感觉很轻松；但如果你要横渡河流，你就会感觉到一股强大的水流把你往下游冲。

这个看不见的“推手”，就是电动机能够转动的秘密起点。理解了它，你就理解了电动机的心脏。

从“推一下”到“转不停”：电动机的诞生

好了，我们现在知道了，磁场可以给通电的导线一个推力。但这只是一个“推一下”的动作。就像你拨动一下桌面上的陀螺，它转几圈就停了。我们家里的风扇，电动车的轮子，它们可是要转个不停的。那么，科学家们是如何把一次性的“推”，变成了连续的“转”呢？

这绝对是人类历史上最伟大的巧思之一。

他们没有用一根直直的导线，而是把它弯成了一个矩形线圈，然后把线圈放进磁场里。神奇的一幕发生了。当电流通过线圈时，线圈的两条边，一条在磁场左边，一条在磁场右边，它们同时受到了磁场“推手”的作用。但关键在于，这两个推力的方向是相反的！

一个力向上推，一个力向下推。这两个力就像一双大手，抓住了线圈的两侧，然后用力一拧。于是，线圈就“听话”地转动了起来。这就解决了从“推”到“转”的第一个问题。

但新的问题马上就来了。线圈转啊转，转了180度，到达了一个叫“平衡位置”的地方。在这个位置，线圈两侧受到的力，变成了一条直线上的两个相反方向的力。它们不再产生拧动的效果，反而想让线圈停下来。更糟糕的是，由于惯性，线圈会稍微转过一点点平衡位置。就在这一瞬间，两个力的方向颠倒过来了！

原来想让它继续转的力，现在变成了把它往回拉的力。线圈就像一个荡到最高点的秋千，无奈地被拉了回来，最终停在平衡位置，只能无奈地“嗡嗡”作响。

早期的电动机就是这样，只能转半圈，然后就“熄火”了。这有什么用呢？

真正的天才，在于解决这个“熄火”问题。工程师们设计了一个绝妙的小零件，叫做“换向器”。它的结构很简单，就是两个彼此绝缘的半圆形铜环，分别连接线圈的两端。电流通过电刷，流进这两个半铜环。

它的作用时机，堪称完美。就在线圈刚刚越过那个“平衡位置”的瞬间，连接线圈的半铜环，恰好从接触一个电刷，切换到了接触另一个电刷。这一切换，就相当于瞬间把流进线圈的电流方向，整个颠倒了一下！

我们回想一下，刚才线圈被往回拉，是因为电流方向没变，导致力的方向变了。现在，换向器在关键时刻把电流方向也改了，那么力的方向就又变回了“继续向前推”的样子！于是，线圈就鬼使神差地，没有被拉回去，反而被推着继续向前转动。

它转了180度，又到了平衡位置，换向器再次“咔嚓”一声，改变电流方向。如此循环往复。线圈就像一个被不断加油的永动机，一圈，又一圈，不知疲倦地转动了起来。

从“推一下”到“转不停”，靠的不是别的，正是这个小小的换向器。它就像一个经验丰富的指挥家，总在最关键的时刻，给出最精准的指令，让整场“电与磁的交响乐”得以完美上演。

你来当“上帝”：如何掌控电动机的命运

现在，你已经洞悉了电动机转动的全部秘密。那么，你是否想过，像上帝一样，去掌控它的命运？比如，让它转快点，或者转慢点；让它正着转，或者反着转。

其实很简单，一切秘密都藏在那个最基本的推力公式里。虽然课本上没有明确给出，但我们可以理解它背后的关系。磁场给电流的推力大小，和三个因素息息相关。我们可以把它理解成这样一个关系：\( F \propto BIL \)。

这里的 \( F \) 就是那个神秘的推力。\( B \) 代表磁场的强弱，你可以把它想象成“舞台总监”的力气大小。\( I \) 是电流的大小，就是那群电流小家伙的数量和冲劲。\( L \) 是线圈在磁场里的有效长度，就是接受推力的“手”有多长。

这个关系式告诉你，想让电动机转得更快，也就是想让那个拧动线圈的力更大，你有好几个选择。

第一，换一个力气更大的“舞台总监”。也就是说，换一块磁性更强的磁铁。磁铁越强，给线圈的推力就越大，电动机自然就转得越快、越有劲。有些高性能的电动机，会用上非常强大的钕磁铁，就是这个道理。

第二，让电流小家伙们冲得更猛。也就是增大电流。你把电池的电压升高一点，或者换一个能提供更大电流的电源，电动机就会立刻“精神抖擞”，转速飙升。这也是为什么很多电动玩具车，换了新电池后会跑得飞快。

第三，增加“手”的数量。也就是增加线圈在磁场里的匝数。一根导线受到的推力是有限的，但如果把一百根、一千根导线捆在一起，让它们同时受力，总的推力就会成百上千倍地增加。这就是为什么电动机里面的线圈总是绕得密密麻麻的。

那么，如何改变它的转动方向呢？这就要回到我们最初说的，那位“舞台总监”的古怪脾气了。推力的方向，取决于电流方向和磁场方向。所以，你只需要改变其中一个，就能让电动机反转。

最简单的方法，把连接电动机的电池正负极对调一下，流入线圈的电流方向就反了，电动机也就跟着反转了。或者，你把电动机里面的磁铁N极和S极换个位置，改变磁场方向，它同样会反转。很多遥控车的“前进”和“后退”，就是通过改变电流方向来实现的。

物理的乐趣就在于此。它不是一堆需要你死记硬背的符号和定则。它是一套理解世界、甚至改造世界的逻辑。当你真正理解了电动机里那场电与磁的共舞，理解了换向器的精妙，你就不会再害怕考试了。因为那些题目，在你眼中，都变成了一个个生动有趣的故事。

下次，当你再看到转动起来的电风扇，或者飞速行驶的电动车时，不妨多看一眼。想象一下，在那小小的机身里，正上演着一场场由电与磁主导的、永不停歇的舞蹈。而你，已经看懂了这场舞蹈的全部奥秘。这，就是学习物理真正的意义。