Najprostszy elektromotor na świecie

Z czterech prostych przedmiotów powstaje mały silnik

Wpis od: supermagnete, Uster, Szwajcaria, [email protected]

Online od: 11.11.2007

Spis treści

Silnik homopolarny z obracającym się magnesem

Prosty elektromotor z wirującym magnesem

Magnes walcowy S-15-08-N

W czasopiśmie Physik in unserer Zeit opisano doświadczenie, które nas na supermagnete.pl całkowicie zaskoczyło. Od dawna ulegaliśmy fascynacji naszymi magnesami, ale to, że za pomocą jednego z nich i zaledwie 3 innych elementów można zbudować mały silnik elektryczny (silnik homopolarny), wydawało się niemal niewiarygodne. Jednak już 5 minut później odtworzyliśmy silnik i nie mogliśmy przestać patrzeć, jak magnes się obraca. Niesamowite zjawisko!

Potrzebne materiały

1 wkręt stalowy
1 bateria alkaliczna
1 kawałek odizolowanej linki miedzianej
1 Scheibenmagnet do wyboru, np. S-15-08-N

Magnes kulisty obraca się na silniku elektrycznym

Magnes kulisty K-19-C

Wykonanie

Połącz łeb śruby z magnesem walcowym.
Połącz szpic śruby z biegunem ujemnym (dolną stroną) baterii.
Jedną odizolowaną stronę przewodu wielodrutowego dociśnij palcem wskazującym do bieguna dodatniego baterii (zob. zdjęcie poniżej).
Drugą ręką chwyć przewód i wolnym końcem przewodu dotknij magnesu możliwie jak najdalej na zewnątrz.

Najłatwiej wykonać to, gdy magnes walcowy ma średnicę co najmniej 8 mm i wysokość co najmniej 3 mm — przy czym z większymi magnesami zabawa jest jeszcze lepsza niż z mniejszymi. Jeśli więc mają już Państwo magnes neodymowy walcowy, proszę spróbować od razu. Eksperyment działa nawet z magnesami prętowymi i kulistymi.

Dla zaawansowanych
Nieskończone warianty są możliwe, jeśli spróbuje się wprawić w ruch obrotowy całe rzeźby. Tutaj ponownie wprawiony zostaje w rotację magnes kulisty K-19-C. Jest on sztywno połączony z podwójnym tetraedrem z magnesów prętowych i kul stalowych, który ostatecznie wraz z magnesem kulistym krąży z ogromną prędkością obrotową.

Wskazówki i triki

Magnes w ogóle się nie obraca? Najważniejsze jest oczywiście to, aby obwód był zamknięty. Proszę upewnić się, że czubek śruby ma dobry kontakt ze spodem baterii. Do pierwszych prób proszę użyć większych magnesów – z nimi osiągnięcie sukcesu jest zazwyczaj nieco łatwiejsze.
Śruba bije i nie obraca się równo? Prawdopodobnie trafiła się śruba z krzywym czubkiem. Proszę spróbować z inną śrubą albo spiłować czubek na prosto.
Rzeźba obrotowa jest zbyt ciężka; siła magnetyczna nie zapewnia wystarczającego trzymania na baterii. Proszę umieścić między baterią a śrubą mały magnes kulisty, np. magnes kulisty K-08-C (jak na ostatnim zdjęciu powyżej).
Wskazówka do zajęć [od naszego klienta Michaela Sexauera]: "Szczególnie efektowna, a także widoczna na zajęciach z tylnych rzędów, jest rotacja, gdy pod wirującym magnesem przypnie się papierowy wiatraczek z małym magnesem. I gotowe – mamy wentylator!"

Plik PDF

Za uprzejmą zgodą wydawnictwa Wiley-VCH z Weinheim otrzymaliśmy pozwolenie na opublikowanie oryginalnego artykułu (w języku niemieckim) na naszej stronie internetowej.

Silnik homopolarny z obracającym się drutem

Potrzebne materiały do silnika homopolarniego

Uzupełnienie od klienta Maartena Duijnstee, Rotterdam (Holandia):

Maarten Duijnstee, nauczyciel fizyki z Rotterdamu, przesłał nam pouczający eksperyment z niezwykle prostym silnikiem elektromagnetycznym i napisał do niego komentarz:

Homopolarny silnik jest jednym z moich ulubionych eksperymentów z supermagnesami. Lutowanie nie jest wymagane, a wirnik można wygiąć z jednego kawałka drutu miedzianego. Dlatego mogą go wykonać już dzieci od ok. 8 lat.

Materiał:

1 Magnes walcowy 15 x 8 mm
1 zwykła bateria AA
30 cm drutu miedzianego o średnicy 1 mm do wykonania pętli z drutu
mała miska z wodą wypełniona 1 cm wody (opcjonalnie, aby zapewnić kontakt)

Wskazówka: Jako drut miedziany można użyć zwykłego przewodu elektrycznego, usunąć izolację i wykorzystać znajdujący się w nim drut.

Silnik homopolarny, składający się z baterii, drutu miedzianego i magnesu

Instrukcja:
1) Z drutu miedzianego najpierw uformować okrągłą część pętli. W tym celu owinąć środek drutu wokół magnesu (półtorej owinięcia). Podczas zginania można użyć baterii jako formy przeciwległej. Uwaga: na końcu drut musi luźno obejmować nieco większy magnes, więc nie wolno owijać zbyt ciasno.

2) Pozostałą część drutu wygiąć do pokazanej na ilustracji formy. Na koniec uformować czubek pętli, który zostanie osadzony na baterii.

Wymiary gotowej pętli: 6 cm wysokości, 4,5 cm szerokości.

3) Umieścić magnes na biegunie ujemnym baterii. W razie potrzeby na biegunie dodatnim baterii można wykonać małe zagłębienie, aby lepiej wycentrować czubek drutu.

Tło fizyczne

Homopolarny silnik to ciekawe doświadczenie, które demonstruje tak zwaną siłę Lorenza. Ta siła pojawia się, gdy przewodnik, przez który płynie prąd, znajduje się w polu magnetycznym. Z kierunku obrotu silnika można ponadto odczytać, gdzie znajdują się biegun północny i południowy magnesu.