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第31章 2.19 简易电动机

看着眼前已准备好的各种设备,李不伟暗自庆幸自己找了两个得力的助手。

辩理院中现在已专门有一间房子作为室验室,此时实验室内已经摆放了三个瓷质容器,尺寸正好与李不伟所要求的无异,而且范文进听说要放入铜板与锌板,又特意将容器的底部稍作加厚,他又担心万一意外破损,便一次制作了三个。另外,实验室中还运进去了几十个圆型的坛子,坛子中盛放的正是李不伟所说的硫酸,当然这硫酸的量也是三倍了。还有,在墙角立着三块铜板与三块锌板,正是用于制作蓄电池的电极板。

实验室中还有一张桌子,此时桌上已整整齐齐地摆放了所有的零件,这些零件都是按照李不伟要求的规格制作的,当然又是杨万景的功劳了,听说李大人要这些东西,马上抽调了四名技艺高超的工匠制作模具,仅仅用了两天便完成了铁芯的制作。至于铜线,也是放了好几卷,这些铜丝都是按照李不伟的要求,拉到直径约0.4毫米左右粗细,如果中途不小心拉断,则又由工匠重新熔接起来,因此眼前这几卷铜线除了表层没有绝缘漆之外,基本上与后世的漆包线没有多大区别了。

其实,李不伟之所以要做一个简易的电动机,还有另一个重要原因,这就是如果电动机一旦制作成功,其产生的震撼效应实在是太大了,试想在没有任何外力施加的情况下,一个简单的机构便能持久地运转,甚至还能带动些负载,而这个机械又只是用些铜丝、木头架、铁芯等常见物品制作,这在当时看来是极为不可思议,而李不伟要的正是这种效果,他要通过电动机的发明来争取更多的支持,从而实现他更大的目标。

接下来先要试制电池了,这个操作过程李不伟十分小心。由于铜板与锌板在铸制时已有了支架,因此可以放置得格外稳当,几人先将铜板与锌板放入容器,然后李不伟又接好了两根较粗的铜线,并且使这两根导线完全远离以防短路,再让范文进与徐永红两人慢慢倒入稀硫酸,待到了李不伟标定的刻度时,电池的准备工作已算完成。李不伟对这个简易电池是否能够工作并不怀疑,关键是看其提供的电力到底有多大。他以前上大学的时候,每当要试一些小型充电器是否工作,便将充电插头含入口中,如果舌尖能够感觉到发麻的刺激,便证明充电器有电流输出。但此时面对这个庞大电池,李不伟一时也不知道其电流到底有多大,所以他也不敢随便乱试,但据估计电压应该是在2V以内。

李不伟找了一段最细的铜丝,然后将连接电极的两根铜线轻轻地碰到了铜丝的两端,只听“啪”的一声,一个不大的火花闪过之后,这截细铜丝竟然被击为两段,而断面处显然是被高温熔化的,几人见此情形均吃了一惊。看到这电池能够提供如此大的电流,李不伟一时也不敢大意,忙将引线从电池上摘了,又小心翼翼地做了简单的绝缘工作,这才放心,心想这电池短路的威力竟然如此之大,看来比起后世的五号充电电池不知要强上多少倍,甚至已赶上蓄电池了。其实李不伟有所不知,这种电池因为极板设计得大,因此在短路时,其短路电流自然大得足够将铜丝熔断,后世的车用蓄电池将5毫米的锣丝刀击断已是再正常不过了,李不伟现在制作的这个简易电池虽然不比后世的蓄电池,但也差不了多少,至少在最大电流上与三十安时的小型蓄电池已相差无几,只不过眼前这个电池只有不到2V的电压而已。

既然电池已能工作,接下来就要做一个负载了,也就是李不伟所设计的简易电动机。电机转子的绕制工作最为复杂,李不伟还是决定每人制作一个绕组,于是他将绕制方法详细讲与范文进与徐永红,这二人倒也学得快,不一会就明白了李不伟的意思。绕组铁芯上先须用油纸包上一圈以及铜线与转子接触短路,然后再将铜丝绕制一层,并且铜丝间要留有间距用于绝缘,等到一层铜线绕过之后,再包上一层油纸,又开始了第二层的绕制,如此反复多次,最终使得每个绕组都绕上几百圈,并且有着相同的匝数,便算完成绕组的制作了。然后,这三个绕组要固定在木制转轴之上,两两成120度夹角,再将相邻的两组抽头相接,便有了三个绕组电极,这三个电极也按120度角均匀布于转轴表面。如此一来,转子的制作便算大功告成了。

几人将转子制作完毕时,已过去了近三个小时,接下来是要制作定子了。因为宋朝时尚无法制作一定形状的永磁体,所以李不伟只好让人收集了几十块小型天然磁铁,然后又小心翼翼地将这些天然永磁体固定在定子上,使得定子组成一个环型旋转磁场,如此一来定子也算完工了。

其实按李不伟原先的计划,是准备用线圈绕制电磁铁作为定子的,后来觉得这个定子制作起来太过麻烦,更何况这个电动机只是试验性质,一来是测试电池能否工作,以及电池到底有多大容量,二来也是为了给众人演示之用,所以便放弃了这个想法,只是采用些天然磁铁。

由于许多零件都是严格按设计制作,因此三人在安装时并不费力,只需将元件组合起来再行紧固便是,尽管如此,等到整个电机组装起来以后,已是过去了近六个小时。几人顾不得吃饭,又将电刷进行了调整,然后将电刷接到了木制基座的接线柱上。至此,这台简易电动机终于算是大功告成,现在就差连上电池进行试验了。

李不伟屏住了呼吸,小心翼翼地将电源接通,但电机却并没有如想象中那样开始转动,李不伟微觉失望,又检查了一番,这才放下心来。现在可以确定的是,电机中已有电流通上,因为李不伟刚才发现,转子线圈已微微发热,而且向某个方向转动的阻力要明显大于向相反方向转动的阻力,显然整个电机在电路上已基本没有问题,应该是电池电压不足的缘故了。于是几人又按刚才的方法制作了另外两个电池,为了保险起见,李不伟决定先将两个电池串联起来,果然不出所料,此时电机的转子已缓缓转动起来,由于三人在绕制转子时专门注意了动平衡问题,因此这转子转动起来竟然颇为顺畅,只是转动得有些慢而已。

此时范文进与徐永红两人看得眼都直了,起初在绕制转子时,俩人已隐隐猜到这可能是一种自动运转的机器,如今亲眼见到却又是另一番感受,一时两人看得发呆,竟然忘记了说话,直到李不伟将电源断掉之后,这才回过神来。

李不伟见到两人神情,也不觉意外,反而有一种莫名的兴奋,他决定再加上一只电池试试,如此三个电池串联起来后,应该能达到五至六伏的电压了,但这样一来电流也更为强劲,因此李不伟在操作时也十分小心,生怕一不小心伤了自己。为了防止意外,李不伟又叫两人都离得远了,然后才重新通上电。

只见此时电动机比刚才运转得又要快上许多,肉眼已不能看清转子的结构了。李不伟让电机运转了约三分钟后停了下来,摸了摸绕组线圈,并没有觉得发热,估计是直接暴露在空气中转动的原因,但此时转子的紧固件已有些松动,而且轴承也已有些烫手了,显然铜制轴承与木制转轴并不能满足如此高的转速要求。意识到这些问题,李不伟又重新画了轴承的设计图,又在轴承侧面加了一个散热用的风扇。完成这些后,三人又重新用布条将转子包扎了一番,用于加固,此时的转子已完全看不到铜线了。

完成了所有工作之后,李不伟这才笑眯眯地看着二人问道:“两位,觉得这个东西如何?”这二人此时已从震惊中恢复过来,现在听李不伟如此一问,又中忍不住一阵激动。的确,这种能够自己转动的机器真是闻所未闻,虽然也有些水车之类的无需人力与畜力的设备,但毕竟还是需要外界的动力用于驱动,如今这电动机完全没有任何外力驱动,只靠着两根铜线与几个装有硫酸的容器便能自行动转,简直不可想象。几人又测试了一会儿,李不伟叫二人将轴承拆下,拿了新画的轴承图纸前去改装。为了减少磨擦,新轴承的直径又有所减小,因为此时并不需要考虑轴承的强度问题,运转平顺才是最为关键的。

由于电机基本通过测试,李不伟一时也兴奋难奈,回到家中时,他仍在想着这电机既然做成了,总该在上面加些东西才是,到底该用这电机做什么呢?对了,还是做个电风扇吧,如今天气渐渐热了起来,依依抄写教材时,倘若旁边有个电风扇倒还不错。如此想着,李不伟不禁笑出声来。

周依依刚好端了汤点过来,看到李不伟面带笑容,奇道:“不伟哥哥,刚从徽州回来,又有什么事情这么高兴啊?”李不伟笑道:“我今天完成了一件大事,此事可以说是一个奇迹。”

周依依听了也不觉奇怪,因为自从认识李不伟以后,奇怪的事见到的太多了,不说别的,仅是她与香儿这些天来所抄写的书本,其印刷质量与彩色插图在当时来看就已不可思议,更别说那些奇怪的字符了,便笑道:“只要你高兴,我也会高兴的,至于是什么事倒不重要。”李不伟听听她如此一说,不由得怔住,心想依依这两个月抄写教材太过辛苦,这也难为她了,只是没想到她竟然只在乎我的感受。李不伟心中一热,便想将那个MP3拿出来送给周依依,但突然又想到如今充电器的事还没解决,即使送给了她,过几天又会没电,不如等充电器的事情解决了再说。想到此处,又笑道:“依依,过段时间我送你件礼物,只是这件礼物实在太过惊人,你千万别让外人看到了。”李不伟只想着送周依依礼物,却丝毫没有想到倘若周依依拿了这MP3,他又该如何解释这MP3的来历。

周依依听李不伟如此一说,顿时好奇起来,便着马上想知道到底是什么礼物,忽又听李不伟说过段时间才给,当下急道:“还要过段时间啊,我倒真希望日子过得快一些。”李不伟在她鼻子上轻轻一刮,笑道:“日子过得快了,你也老得快了。”话音刚落,李不伟突然觉得说一个女孩子变老的事不太吉利,又忙道:“不过如此一来,离嫁给我的日子也越来越近了。”

周依依听了此话微微有些害羞,低头想了片刻,忽又抬起头看着李不伟道:“其实,我……我一直都想赶快嫁给你的,即使你不娶,我也会缠着你的……”她顿了顿,又低声道:“你说一个女孩子家说出这种话来,我是不是有些不害臊啊?”

李不伟看她脸上一丝红晕突现,但看向自己的目光却又坚定无比,心想她一个女孩子家说出这样的话来,又是在礼教甚严的宋朝,显然对自己情意甚重,他一时不知说什么才好,突然间情不自禁,忍不住抱住周依依的纤腰,在她唇上轻轻一吻,正准备说几句感人肺腑的话出来,却觉得周依依娇躯一颤,竟然迎了上来伸手抱住了自己。李不伟正值年少,哪里禁得住这等诱惑,霎那间已不知自己身在何处,心中只想着将身边的人抱得更紧些,才能宣泄自己的情感。

过了半晌,周依依突然惊声道:“哎呀,汤要凉了,快喝吧。”李不伟此时哪里舍得松手,当下在她耳边轻声道:“依依,你含了喂给我吧。”周依依笑嘻嘻地挣脱了李不伟的手臂,端起汤喝了一口,却并不咽下,径直走向李不伟,待看到李不伟坐在那里闭着眼睛,嘴巴却张得老大,像个嗷嗷待哺的婴儿,突然道:“你叫我一声妈,我便喂你。”话音刚落,,忽又觉得不好意思起来,脸上羞得通红,却并未发现自己刚才为了说话,竟然将那口汤咽了下去。

李不伟睁开了眼,看她如此娇羞欲滴的模样,心中一动,又忍不住要上前抱住亲热一番,忽又听到有人敲门,两人都吓了一跳,忙开门一看,原来是香儿站在门外,手中正拿着一本刚刚抄好的书。

看到二人如此神色,香儿忙道:“李大哥,我的这本今天也抄完了,正准备前来交给你呢。”李不伟笑道:“香儿,进来说话。”

香儿犹豫了一下便与李不伟进了屋,又见李不伟笑道:“香儿,如今你已是我亲妹妹了,以后称呼要改一下,李大哥这三个字听起来怎么也不像妹妹叫哥哥的称呼,你以后就直接叫我哥吧。”

香儿听了此话,一时有些不好意思起来,周依依却在旁边催促个不停,非要让香儿叫一次听听,然后又亲自示范了几次,香儿这才低低叫了一声“哥”。李不伟听得一怔,竟然别有一番感受,他本是独生子,自然也无兄弟姐妹,从小到大从未有人叫过自己哥哥,而自己也没叫过任何人为妹妹或姐姐,如今听得香儿如此称呼自己,一时竟然激动不已,双手往香儿肩上一按,大声道:“香儿,如今你就是我亲妹妹了,以后只要有我在,绝对不会让任何人欺侮你!”

香儿看李不伟如此举动,也有些出乎意料,脸上一红,却也不躲闪,轻声道:“只要与你和依依姐姐待在一起,自然是没人欺侮我的。”

李不伟看她说此话时颇为忧虑,欲言又止,心想这小姑娘显然还是有所担心,看来以后还得对她多多关心才是,便笑道:“香儿,书先放在这里,我看了过后再找另一本给你。只是抄这些书时不要太过辛苦,累病了就不好办了。”

香儿低声道:“其实我抄这些书也并不太累,只是抄得有些慢,还担心你等不及呢。”

李不伟笑道:“怎么会等不及呢?这些书虽然重要,但也没有你和依依的身体重要。”话虽然如此,可李不伟心中却想,眼下电动机的试验已经算是成功,看来电磁学也要加入讲学内容中了,如此一来又有许多教材要抄写,可按目前的情况来看,这抄书的进度是慢了些,但话说回来,她们两人都已尽了力了,我又怎么能再加催促呢……

第二天,范文进与徐永红已将新的轴承带了回来,新轴承上子加了两个木制的风扇,李不伟让二人再装上一试,竟然发现颇有效果,轴承在运转五分钟之后已不像昨天那般发热,看来昨天的发热也是因为散热不良的原因了,只是目前的轴承的阻力仍然太大,但李不伟此时也管不了许多了。电机又运行了一会,李不伟看着没有问题,便让两人将其余众人都叫了进来。此时众学者除了一些正有公事不在辩理院内,其余的大都赶了过来,不一会屋子里便挤满了数十人,好在这屋子还不算小,一时倒也不会过于拥挤。

李不伟又向众学者演示了一遍电动机,众人的惊讶程度绝不亚于徐永红与范文进二人,这二人毕竟参与了整个制造过程,多少还有些心理准备,而此时前来的众学者却是第一次见到如此情形,早已呆若木鸡,一时静悄悄的没人说话,只有电机发出的低沉的嗡嗡声。

过了半晌,终于还是范东来先开口,声音竟然有些颤抖:“李大人,这……这叫做电动机的机械果真是会自己转动,还请大人将原理略为解释一二。”他虽然觉得惊讶,但又想这电动机绝对不会自己动起来,一定有其原因。李不伟赞道:“范大人不愧是大宋的司天监,知道此机器之所以能自动运转,必定有其道理。”说着,便将电池能产生电动势,又在导体中产生电流,而电流能产生磁场的原理讲了一下,又将众人叫到电机前面,详细地解释了每个零件的作用,不过考虑到时间关系,对于电磁学的右手法则,以及磁场强度单位等内容就没有加以解释了。

尽管如此,众人已大概明白了其原理,只是对于电池的原理却一时还不太理解。李不伟看众人甚是急切,便又耐心地将电池的原理讲了一遍,并第一次说出了“电”的概念。其实古时对电的概念多从雷电中得来,至于人工产生的电,众人却是第一次听说。李不伟只好又简要地画了一张图,说明了能量如何从化学能转为电能,再由电能转为机械能,并且又说明了电池也有用尽的时候,因此这个电机也不会一直转个不停,在电池用尽时自然会停止转动。

在讲解这些问题之时,李不伟尽量少用一些生疏的词语,他生怕众人有所怀疑,心想这李大人到底是什么来历,竟然懂得如此多的知识?其实李不伟的担心有些多余,此时众人一心想着电动机,又哪里会考虑到这些知识是从何处而来?即使偶尔有人起疑,也万万想不到这些技术竟然来自几百年后。

待给众人讲完之后,李不伟笑道:“各位,其实电动机之所以能造出来,全得益于物理学中的电磁学,这些知识我也是因机缘巧合才知道的,日后自然也会讲与各位听,因此倒不急于一时弄清楚其原理,只要知道有这么回事就行了。”众人听得一阵激动,又在屋里观看了一阵,直到李不伟断开电源,这才慢慢散去,一路上仍不停地议论这电动机的种种用途。

其实在李不伟一开始的计划中,并没有准备将电磁学讲给众人,因为他觉得运动学与力学才是最重要的,而电磁学的知识却基本上用不到。但正是因为他需要一个充电器,由此想造出电池,这才又进一步造出了电机,而李不伟也深知目前这种电池制造方法并不是长久之计,况且这种电动机本身也并不适用,如果不造出发电机来,仅靠这种小打小闹地做一些东西,没有任何意义,充其量也只能在实验室中作为讲学之用,或是让更多的人大吃一惊而已。所以,李不伟又将电磁学也纳入了物理教学范围,因为根据目前情况来看,有了直流电,就可以产生强力磁场,然后就可以造出人工永磁体,而有了人工永磁体,理论上就可以造出直流与同步交流发电机,而有了交流电,就可以造出无需永磁体的交流电动机。

话虽如此,李不伟也知道这些在目前仅仅是设想而已,在现在看来,要造出这些东西比登天还难,但随着对宋朝科学技术的慢慢了解,以及培养出更多的人才,谁又能保证什么事不会发生呢。

(注:从本章开始,会多了一些讲技术的章节,第二卷还剩下六十多章,大概有三十章与技术有关。如果读者觉得讲解技术太过枯燥,可以大概浏览一遍,知道又有什么东西造出来就行了。另:这种简易的电动机,在宋朝时如果能制作出铜线,是完全有条件制作出来的。以前有一期少年科学杂志上曾介绍过一种电动机,用普通的细电线,非漆包线,以及罐头盒的铁皮,另外加几块磁铁,就可以做出简易的电动机。)

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