Weird Science

Najprostszy silnik elektryczny

Uprosz­czony, ale dzia­ła­jący model

Ist­nieje bar­dzo wiele typów sil­ni­ków elek­trycz­nych, i można je kla­sy­fi­ko­wać ze względu na różne kry­te­ria. Jed­nyn z nich jest rodzaj dostar­cza­nego do nich prądu. Możemy wyróżnić sil­niki prądu sta­łego i zmien­nego.

Jed­nym z pierw­szych sil­ni­ków elek­trycz­nych prądu sta­łego był dysk Fara­daya, który podob­nie jak wiele sil­ni­ków był maszyną odw­ra­calną. Po dostar­cze­niu ener­gii mecha­nicz­nej wytwa­rzał ener­gię elek­tryczną (gene­ra­tor jed­no­bie­gu­nowy).

My dziś zbu­du­jemy naj­prost­szy możl­iwy, ale dzia­ła­jący model sil­nika prądu sta­łego.

Mate­riały

Mate­riały, potrzebne do wyko­na­nia zabawki można zna­leźć w każdym gospo­dar­stwie domo­wym. Potrze­bu­jemy:

Przyda się nam oczy­wi­ście także lutow­nica, z grzałką opo­rową lub trans­for­ma­to­rowa.

Przy­stępu­jemy do pracy

Ema­lio­wany drut należy nawi­nąć na bate­rię two­rząc nie­wiel­kie kółko, które posłuży nam za uzwo­je­nie sil­nika. Następ­nie końc­ami drutu owi­jamy uzwo­je­nie tak, by się nie roz­wi­nęło.

Ilustracja

źródło: http://sci-toys.com/sci­toys/sci­toys/elec­tro/whole_coil.jpg, dostęp: 13.05.2013

By wir­nik był gotowy trzeba jesz­cze zdjąć izo­lu­jącą ema­lię na końc­ach drutu, które posłużą nam za oś. Dodat­kowo jeden z nich będzie też pry­mi­tyw­nym komu­ta­to­rem. Dla­tego też, o ile z jed­nej strony usu­niemy całą ema­lię, to po dru­giej musimy to zro­bić tylko z jed­nej strony, od góry lub od dołu:

Ilustracja

Naj­pro­ściej jest to zro­bić kła­dąc wypro­sto­waną końc­ówkę drutu na pła­skiej powie­trzchni, na przy­kład na bla­cie stołu, a następ­nie zeskro­bu­jąc żyletką ema­lię od góry. Przy­po­mi­nam, że druga końc­ówka musi być odi­zo­lo­wana na całym obwo­dzie!

Na koniec pro­stu­jemy oś tak, by wir­nik był możl­i­wie dobrze wywa­żony.

Następ­nie należy wyko­nać dwie nie­wiel­kie obręcze(łoży­ska), w których będzie się obra­cał wir­nik. Śred­nica obręczy powinna wyno­sić około 3 mm (do ich nawi­nięcia naj­le­piej użyć gwoździa).

Kawałki drutu z łoży­skami trzeba jesz­cze przy­lu­to­wać do bate­rii. Następ­nie przy­kle­jamy od niej nie­wielki magnes, tak, aby jeden z jego bie­gu­nów był skie­ro­wany do góry. Całość powinna wyglądać mniej więcej tak:

Ilustracja

Jeżeli teraz zało­żymy wir­nik, to powi­nien się on kręcić w dużą szyb­ko­ścią wokół wła­snej osi. Cza­sami jest potrzebny nie­wielki roz­ruch wstępny przez deli­katne obróce­nie wir­nika aż "zasko­czy". Wyko­nany w ten spo­sób model sil­nika elek­trycz­nego pod­czas dzia­ła­nia może­cie zoba­czyć na fil­miku:

Możemy wyko­nać także bar­dziej trwałą wer­sję tej zabawki fizycz­nej. Ja wyko­rzy­sta­łem więk­szy magnes pocho­dzący od sta­rego gło­śnika, który przy­mo­co­wa­łem do uni­wer­sal­nej płytki dru­ko­wa­nej frag­men­tami dru­ci­ków. Także bar­dziej sztywne wspor­niki zostały do niej przy­lu­to­wane. Bate­ria pła­ska o napięciu 4,5V znaj­duje się pod płytką, i także pod spo­dem są popro­wa­dzone prze­wody dostar­cza­jące napięcie do wspor­ni­ków. Widoczna po pra­wej stro­nie zworka pełni funk­cję wyłącz­nika. Kon­struk­cja przed­sta­wia się następu­jąco:

Ilustracja:

Kliknij, aby powiększyć

Ilustracja:

Kliknij aby powiększyć

Dzia­ła­nie tego modelu także jest zobra­zo­wane fil­mi­kiem.

Jak i dla­czego to działa?

Cały dow­cip polega na wyko­rzy­sta­niu siły elek­tro­dy­na­micz­nej. Siła ta działa na każdy prze­wod­nik, przez który pły­nie prąd elek­tryczny, umiesz­czony w polu magne­tycz­nym. Jej dzia­ła­nie opi­suje reguła lewej dłoni.

Kiedy przez cewkę pły­nie prąd to działa na nią siła elek­tro­dy­na­miczna, ponie­waż znaj­duje się ona w polu magne­tycz­nym wytwa­rza­nym przez magnes stały. Siła ta powo­duje obrót cewki, aż do momentu kiedy prze­pływ prądu zosta­nie przer­wany. Jest to spo­wo­do­wane fak­tem, że jedna z osi, przez które jest dopro­wa­dzany prąd jest odi­zo­lo­wana tylko na poło­wie obwodu. Cho­ciaż siła już nie działa, to cewka wyko­nuje drugą połowę obrotu dzięki swo­jej bez­wład­no­ści. Trwa to aż do momentu kiedy oś obróci się na swoją odi­zo­lo­waną stronę. Obwód zosta­nie zam­nięty, a cykl się pow­tórzy.

Pre­zen­to­wany sil­nik elek­tryczny to pro­sta, acz­kol­wiek efek­towna zabawka fizyczna. Brak jakich­kol­wiek sen­sow­nych zasto­so­wań prak­tycz­nych spra­wia, że zabawa nią to czy­sta przy­jem­ność.

Życzę miłej i pou­cza­jącej zabawy:)

Lite­ra­tura dodat­kowa:

Marek Ples

Aa