Vuonna 1821 Michael Faraday rakensi yksinkertaisen homopolaarisen moottorin, joka käytti akkua, magneettia ja lankaa, mikä avasi tien nykyaikaiselle sähkömoottorille. Samoilla materiaaleilla voit rakentaa oman homopolaarimoottorin ja kokeilla kokeita fysiikan katsomiseksi työssä!
Askeleet
Menetelmä 1/3: Yksinkertaisen homopolaarimoottorin rakentaminen
Vaihe 1. Kerää materiaalit
Et tarvitse erikoistyökaluja homopolaarisen moottorin valmistamiseen. Tarvitset vain akun, kuparilangan pituuden ja neodyymimagneetin.
- Voit käyttää mitä tahansa alkaliparistoa, mutta isompi akku, kuten C-kenno, on helpompi pitää.
- Ota muutama tuuma kuparilankaa. Voit käyttää paljaita tai eristettyjä lankoja. Jos päätät käyttää eristettyä lankaa, irrota osa eristyksestä molemmista päistä. Löydät kuparilankaa verkosta tai useimmista rautakaupoista.
- Kaikkien neodyymimagneettien pitäisi tehdä temppu tässä kokeessa, mutta etsi sellainen, jolla on johtava pinnoite. Voit ostaa erikokoisia nikkelipinnoitettuja neodyymimagneetteja verkossa.
- Tarvitset myös yhden kipsilevyn ruuvin. Ruuvin avulla näet moottorin toimivan. Kun olet rakentanut moottorin onnistuneesti, ruuvi pyörii.
Vaihe 2. Aseta magneetti ruuviin
Ota neodyymimagneetti ja kiinnitä se kipsilevyn ruuvin päähän.
Vaihe 3. Kiinnitä ruuvi akun toiseen päähän
Voit laittaa ruuvin kärjen akun kummallekin puolelle. Valitsemasi puoli määrää, mihin suuntaan moottorisi pyörii.
Ruuvin kärjen ja akun välinen yksittäinen kosketuspiste toimii vähäkitkaisena laakerina. Raskaampi magneetti vähentää näiden kahden pisteen välistä kitkaa
Vaihe 4. Aseta kuparilanka akun päälle
Ota kuparilanka ja pidä sitä akun toisesta päästä. Jos esimerkiksi asetit ruuvin akun napin päähän, pidä kuparilankaa tasaisesta päästä.
Vaihe 5. Täydennä moottori
Aseta kuparilangan vapaa pää varovasti magneetin sivulle. Magneetin ja ruuvin pitäisi alkaa pyöriä.
- Kun asetat kuparilangan magneetin sivulle, saat piirin loppuun akun napojen välillä. Virta virtaa akun toisesta päästä ruuvia alaspäin magneettiin. Koskettamalla johtoa magneetin sivulle, annat virran jatkaa virtaa langan läpi ja akun toiseen päähän.
- Homopolaarimoottori pystyy pyörimään jatkuvasti ilman tarvetta muuttaa virran suuntaa.
- Ei mene kauaa, kun ruuvi alkaa pyöriä suurilla nopeuksilla. Sekä ruuvi että magneetti voivat helposti lentää akusta. Ole varovainen työskennellessäsi magneettien ja sähkön kanssa.
- Johto voi lämmetä tätä kokeilua suoritettaessa. Älä pidä johtoa magneetista pitkiä aikoja.
Menetelmä 2/3: Vapaasti seisovan homopolaarisen moottorin tekeminen
Vaihe 1. Kerää tarvikkeesi
Tarvitset vain muutamia asioita vapaasti seisovan homopolaarisen moottorin valmistamiseksi. Sinun pitäisi pystyä löytämään kaikki mitä tarvitset verkosta tai paikallisesta rautakaupasta.
- Tarvitset moottorin valmistukseen seuraavia materiaaleja: 1 AA-paristo, 2-3 neodyymimagneettia ja useita tuumaa kuparilankaa.
- Saatat tarvita myös paria lankaleikkureita tai pihtejä, jotka auttavat kuparilangan työstämisessä.
Vaihe 2. Aseta akku magneettien päälle
Pino magneetit yhteen muodostaaksesi jalustan. Aseta akun tasainen tai negatiivinen puoli magneettien päälle.
Vaihe 3. Taivuta kuparilankaasi
Ota useita tuumaa kuparilankaa ja taivuta sitä niin, että toinen pää koskettaa magneettia ja toinen pää koskettaa akun positiivista puolta.
- Voit taivuttaa kuparilankaasi eri muotoihin, jotka pyörivät, kun ne asetetaan akun päälle. Symmetriset muodot toimivat parhaiten, joten kehruu ei heitä lankaa pois tasapainosta.
- Yritä taivuttaa lanka sydämen muotoon. Kun muodostat sydämen muodon, taivuta kuparilangan molemmat päät niin, että ne sopivat magneetin ympärille. Sydämen yläosassa oleva syvennys on liitäntäpiste akun positiiviseen päähän.
Vaihe 4. Aseta johto moottorin päälle
Ota johto ja aseta se akun päälle. Niin kauan kuin lankaosa koskettaa magneetin sivua ja osa lankaa koskettaa akun positiivista puolta, langan tulee pyöriä.
- Tämän homopolaarisen moottorin virta virtaa magneettikentän läsnä ollessa. Kun virta kulkee magneettikentässä, se kokee jotain Lorentzin voimaa. Lorentzin voima saa johtimen pyörimään akun ympärillä.
- Johto liitetään akkuun kolmessa kohdassa. Johdon yksi piste on positiivisessa navassa ja langan molemmat päät ovat magneetin lähellä, negatiivisessa navassa. Virta virtaa ulos positiivisesta liittimestä ja langan molemmin puolin. Magneettikenttä työntää virran ulospäin, jolloin johdot pyörivät.
Menetelmä 3/3: Magneettihydrodynaamisen propulsiojärjestelmän rakentaminen
Vaihe 1. Kerää tarvikkeesi
Voit käyttää homopolaarimoottoriasi osoittamaan magnetohydrodynamiikkaa (MHD). MHD -propulsio on keino käyttää sähkövirtaa työntääkseen jotain veden läpi. Tässä kokeessa tarvitset seuraavaa:
- 1 C-kennoakku
- 1 vahva neodyymimagneetti
- 2 kpl paksua kuparilankaa
- Pieni astia
- Suolaa ja pippuria
Vaihe 2. Valmista vesi
Kaada noin 0,6 - 1,3 cm (0,25 - 0,5 tuumaa) vettä astiaan. Älä täytä astiaa kokonaan. Sekoita muutama ripaus suolaa ja pippuria ja aseta astia magneetin päälle.
Suolan lisääminen parantaa veden johtavuutta. Pippurin lisäämisen avulla voit nähdä käyttövoiman työssä
Vaihe 3. Taivuta lanka
Taivuta jokaista lankakappaletta niin, että kun pidät johtoja akusta, vastakkaiset päät ovat vain muutaman senttimetrin päässä toisistaan.
Kun pidät kuparilankaa akussa, johtojen pitäisi melkein muodostaa "Y" -muoto. Varo, etteivät langan päät kosketa toisiaan
Vaihe 4. Pidä akun johdot kiinni
Pidä yksi johto akun positiivista puolta ja toinen pää akun negatiivista puolta vasten.
Vaihe 5. Kiinnitä langan vapaat päät vesiastiaan
Aseta yksi lanka astian keskelle ja toinen astian reunaa vasten. Sinun pitäisi nähdä, että vesi alkaa pyöriä yhden johdon ympärillä.
- Vesi liikkuu Lorentzin voiman vaikutuksesta. Jokaisessa johdossa on sähkövirta. Kun upotat johdot suolaveteen, suoritat piirin loppuun. Virta liikkuu vaakasuoraan veden läpi johdosta toiseen. Koska vesiastia istuu magneetin päällä, magneettikenttä liikkuu ylöspäin veden läpi. Kun sähkövirta liikkuu magneettikentän läpi, Lorentzin voima saa veden pyörimään.
- Jos käännät akun ympäri, voit kääntää virran suunnan ja vesi pyörii vastakkaiseen suuntaan.
- Olet tekemisissä veden ja sähkön kanssa, joten ole varovainen suorittaessasi tätä kokeilua.