轉不停的陀螺
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轉不停的陀螺
一、 目的：
日常生活中使用到電器的機會非常多，只要是需要轉動的幾乎是靠電動機帶動，電動機的主要元件是電樞、永久磁鐵、導入電流的碳刷，碳刷和電樞間的磨擦力會降低旋轉的效率且會產生熱，如果用其他的方式可以替代碳刷，轉動時是永久磁鐵而不是電樞，這是電動機另一種表現形式，將內轉電樞電動機變換成外轉永久磁鐵電動機，這次的競賽請運用陀螺、漆包線、螺絲、電池組、磁簧管、強力磁鐵、LED 燈 等組件製作有電源驅動像電動機一樣的轉不停陀螺。
二、 原理：
陀螺會轉個不停，是因為「漆包線電磁鐵」與「陀螺中磁鐵」之間的交互作用。但是漆包線電磁鐵的磁場是固定的（除非電池的電流方向改變），因此陀螺中的磁鐵在旋轉過程，與漆包線電磁鐵之間應該會一下子被吸住 ，為什麼還會轉不停？這就是為什麼轉盤底部必須裝上磁簧管的原因。
玩具馬達有碳刷和電樞做電流的規律通路和斷路，碳刷和電樞接觸的時間點可以改變轉速和扭力又稱為磁進角，轉不停陀螺是作運用磁簧管控制電流的斷續，以陀螺的磁鐵和漆包線的線圈位置改變磁進角控制速度。
陀螺中的磁鐵在旋轉時，磁場的改變可以讓磁簧管一關一開的變化，造成電流一下通路、一下不通，因此漆包線電磁鐵也會一下有磁場、一下沒有磁場，所以只會有排斥力或者吸引力。
而磁力到底是保持互相吸引或是互相排斥？此與強力磁鐵放置的方向、旋轉方向以及電流方向都有關係。在製作過程中，不必為這個問題傷腦筋，因為如果陀螺在順時針時無法持續旋轉，則改成逆時針旋轉即可，反之亦然。
- 漆包線、螺絲製作電磁鐵，電磁鐵與陀螺中的強力磁鐵產生交互作用，讓陀螺獲得動力旋轉不停。
- 磁簧管和旋轉中的強力磁鐵產生交互作用，磁簧管讓電路產生間歇性的通路、斷路配合製作的電磁鐵驅動陀螺。
- LED 燈的點滅可以檢測電路的通路、斷路。
三、活動一：轉不停陀螺
(一)場地需求
每一組場地使用 1 張長條桌（60 公分 X 180 公分）。
(二)使用器材如材料總表
(三)製作說明於競賽現場製組「一組轉不停的陀螺」，它基本構造如下圖一。在放置陀螺的轉盤的背面底部有「漆包線電磁鐵」以及「磁簧管」，而陀螺裡面黏貼了一個「強力磁鐵」。（如圖一，線路皆為串聯）
- 漆包線和電磁鐵(圖二)：將漆包線纏繞在鐵釘上（漆包線長約 300 公分即可），然後用砂紙將漆包線的頭尾二端刮除去漆（刮除漆的長度約 1～2 公分即可），以便能導電使螺絲成為電磁鐵(圖三)。
- 磁簧管：這是一種以磁場控制的開關，可隨著磁場的改變而一開一關，子材料行有販售不同尺寸的磁簧管，自行實驗時建議購買 AT 值較小(約 15-30)本體長度約 2.8 公分（不含接線端）的磁簧管。
- 塑膠湯匙：上述的「漆包線電磁鐵」以及「磁簧管」要黏貼在陀螺的塑膠湯匙的背面底部（用膠帶或熱熔膠皆可）。以便讓陀螺落在凹面的範圍內轉動，不讓陀螺四處游走。換言之；陀螺必須保持在塑膠湯匙底部的磁簧管、漆包線電磁鐵的上方。在製作過程，建議上述步驟要一步一步確認無誤，避免全部組裝完成後才試驗能否成功。
- 陀螺：這是自行製作過程中較不容易取得的零件，由於陀螺中央需要黏貼一個強力磁鐵（如圖四），因此必須使用一個中空的陀螺（圖四的陀圖二 圖三 圖一 螺是取自一個小玩具）。另一方面，請特別注意：強力磁鐵擺放的位置，必須讓南北極為水平方向，不可以為垂直方向！
至於強力磁鐵的大小，建議先購買約三種不同的尺寸大小進行試驗，通常強力磁鐵如果太小，會無法轉動；太大則因吸力太強不是無法轉動，就是轉動太激烈跑出凹面而停止。
