馬達為什麼能一直轉？ 用數位3D與紙模型揭開「弗萊明定律」與「整流子的祕密」！
我是科學訓練師桑子研。每天都是一場實驗！
大家生活周遭到底有多少「馬達」（Motor）在運轉呢？電風扇、洗衣機、手機的震動功能，甚至火車的輪子……我們的生活，早就被「轉動」的力量給包圍了。但是，如果有人問你：「為什麼一通電，東西就會自己轉起來？」 你是不是會覺得有點難解釋？那些眼睛看不到的電力和磁力，到底該怎麼說明才生動有趣呢？
別擔心！現在有個超強大的 3D 繪圖軟體「GeoGebra」，或許能幫我們解決這個難題！我在上面找到了一個超棒的馬達原理教材，就是這個：
用 GeoGebra 「看見」馬達的運作原理
或看這個！搜尋關鍵字：Cópia de Electric Motor
雖然用電腦也能看，但我最推薦大家下載 iPad 上的「GeoGebra」App！它最厲害的地方，就在於你可以**「自己動手 360 度轉來轉去」！如果只看課本上的平面圖，老師說「看！這裡受力是朝裡面的」，你可能怎麼想都想不通。但有了這個教材，你可以隨意調整角度，從不同方向看，然後大喊一聲：「喔！原來真的是這個方向在推它！」** 讓你立體地、完全理解受力的方向。
你甚至可以親手試試那個中學物理的經典——「弗萊明左手定則」（Fleming’s Left-Hand Rule）！這個科技厲害吧？它完美解決了「怎麼解釋三次元現象」這個難題！
數位理解後，接著用實體「做出來」！
當你用數位 3D 模型把原理「搞懂了！」之後，接著是不是會很想親手把這個東西做出來呢？我們參考了岸正太郎老師的網站，他嘗試用 #紙藝勞作 的方式製作科學教材，然後帶著學生們一起完成了**「會轉的！紙馬達 2」。接下來，我們就一起深入了解這個紙馬達「為什麼可以持續轉動」，看看它的核心機密在哪裡！
弗萊明定則與「轉動的力量」
首先，我們來看看線圈中電流方向是「abcd」**這個情境。
這時候，中學物理界的天王巨星**「弗萊明左手定則」**就要出場啦！記住口訣：「電、磁、力」！
我們來關注線圈的**「ab」**部分。電流方向是「a→b」。磁場方向（從 N 極指向 S 極）這兩個方向，分別對應到你左手的「中指（電流）」和「食指（磁場）」……
你的大拇指（受力）會指向**「裡面」！接著，我們來看線圈的「cd」**部分。電流方向是「c→d」。
同樣地，伸出你的左手比劃一下……這一次，大拇指（受力）會指向**「外面」**！
想像一下！線圈的一邊（ab）被往裡推，另一邊（cd）被往外拉。結果會怎麼樣？沒錯！線圈就會**「骨碌」**一聲開始轉動！這就是馬達轉動的第一步。
讓它持續轉動的「聰明機關」
然而，這裡會遇到一個大問題！如果線圈轉了半圈，ab 和 cd 的位置對調了，會發生什麼事呢？如果電流方向還是維持**「abcd」**不變……那麼受力方向就會跟剛才完全相反，導致轉動馬上停下來！這就像你在盪鞦韆，結果在不對的時機被往反方向推了一把，當然盪不起來啊！
這時候，馬達中那個堪稱**「世紀發明」的超重要零件就要登場了——它就是「整流子」（Commutator）**！
這個整流子厲害的地方在於，每當線圈轉過半圈，它就會自動把電流的方向，切換成「dcba」這個相反的方向。
電流方向一切換……
（轉到前面來的）**「cd」**部分流過的電流，會受到……
朝**「裡面（在這個圖裡是上方）」**的力，
（轉到後面去的）**「ab」**部分流過的電流，會受到……
朝**「外面（在這個圖裡是下方）」的力。就是因為這個「在絕妙時機把電流方向反轉」**的聰明設計，馬達才能持續不斷地受到同方向的轉動力，然後一直「咕嚕咕嚕」地轉個不停！
想鑽研更深的人看這裡
這次，我們透過數位 3D 模型和實體紙藝勞作這兩種方式，徹底揭開了馬達的運作原理。Tom Walsh 做的這個 GeoGebra 教材也超級好懂，強烈推薦大家點進去看看！
https://www.geogebra.org/m/DsCfTEex#material/PN2YrxBb
當你從「好像知道一點」變成「我能解釋給你聽！」的時候，就會發現科學變得超級有趣！
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