Σπίτι > Ειδήσεις > Περιεχόμενο
Μια γρήγορη υψηλής τεχνολογίας χαμηλού κόστους κατασκευή ηλεκτρικών κινητήρων
Aug 22, 2017

Εάν ένας συνδυασμός ενός κυλινδρικού μαγνήτη και ενός κοχλία είναι αναρτημένος από τον ακροδέκτη μιας μπαταρίας και γίνεται μια αγωγική σύνδεση με τον άλλο ακροδέκτη, τότε αυτό το συγκρότημα αρχίζει να περιστρέφεται. Δεν είναι μόνο ο απλούστερος αλλά και ο γρηγορότερος ηλεκτροκινητήρας που κατασκευάζει.

Οι ηλεκτροκινητήρες θεωρούνται ως πολύπλοκα συστήματα περιτυλιγμένων καλωδίων και μαγνητών. Δεδομένου ότι κάποιος αναμένει κάτι περίπλοκο από κάτι περίπλοκο, κανείς δεν εκπλήσσεται περισσότερο από τη δυνατότητα να κάνει κάτι να κινείται από ένα άψυχο αντικείμενο.    Κάποιος βλέπει έκπληξη και γοητεία, όχι μόνο μεταξύ των εμπειρογνωμόνων όταν, πριν από μερικά μάτια, ένας κινητήρας συναρμολογείται σε λίγα δευτερόλεπτα από μια μπαταρία, ένα χάλυβα    βίδα ή καρφί, έναν κυλινδρικό μαγνήτη και ένα σύντομο σύρμα και σε περιστροφή. Ο μαγνήτης, μέσω της ελκυστικής του δύναμης, συνδέεται με τη βίδα για να κάνει ένα ρότορα και ο κοχλίας, ο οποίος έχει γίνει μαγνητισμένος, αιωρείται από τον πόλο της μπαταρίας. Δύο εποικοδομητικές ασκήσεις απεικονίζονται: αφενός ο μαγνήτης συγκρατεί τα βασικά μέρη του κινητήρα μαζί και αφετέρου παρέχει μια σύνδεση χαμηλής τριβής μεταξύ του ρότορα και της μπαταρίας. Το έδρανο στην άλλη πλευρά του δρομέα αντισταθμίζεται από τη βαρύτητα που εξασφαλίζει ότι ο δρομέας παραμένει κατακόρυφος και, λόγω του σχηματισμένου ρουλεμάν αέρα, δημιουργεί τη χαμηλότερη δυνατή τριβή. Στο παράδειγμα του Σχήματος 1 χρησιμοποιείται ένας πολύ ισχυρός μαγνήτης νεοδυμίου (NeFeB) του οποίου η επιφάνεια είναι επιχρωμιωμένη και επομένως διεξάγει το ρεύμα.

2010072312012959866.jpg2010072312014193106.jpg

Τα χέρια παρέχουν την υπόλοιπη κατασκευή: Με το ένα χέρι πιέζει το άκρο του καλωδίου μεταφοράς ρεύματος στον δεύτερο πόλο της μπαταρίας, ενώ ο αντίχειρας και το δάκτυλο του άλλου χεριού κρατούν προσεκτικά το άλλο άκρο του καλωδίου στον μαγνήτη παρέχοντας τον λεπτό έλεγχο που απαιτείται για την ολισθαίνουσα επαφή.

Τελευταίο, αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, ο ρότορας που αποτελείται από τον μαγνήτη και τον κοχλία παρέχει δύο βασικές φυσικές λειτουργίες: πρώτον, παρέχει το μαγνητικό πεδίο απαραίτητο για έναν κινητήρα και, δεύτερον, οδηγεί το ρεύμα από έναν πόλο της μπαταρίας, μέσω του σύρματος, πίσω στο άλλο. Τίποτα άλλο δεν απαιτείται για να μετατρέψει μια μαγνητική έλξη ενός σημείου προς μία συνεχή κίνηση - ή να θέσει άλλο τρόπο - να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια.

Αυτή η κατασκευή πρέπει να δοκιμαστεί για να πιστέψει κανείς ότι λειτουργεί πραγματικά. Οι διαφορές από δοκιμασμένο και δοκιμασμένο κινητήρα φαίνονται υπερβολικές. Αυτή η κατασκευή στερείται όχι μόνο του πηνίου που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός δεύτερου μαγνητικού πεδίου, αλλά και του μεταλλάκτη που αναστρέφει την τρέχουσα κατεύθυνση στη σωστή στιγμή.

Ωστόσο, όταν κάποιος θυμάται ότι κάθε ρεύμα επηρεάζεται από ένα μαγνητικό πεδίο και ότι αυτό το αποτέλεσμα είναι ανάλογο με το ρεύμα, η εξήγηση γίνεται σαφέστερη:

Το πολύ μεγάλο ρεύμα που ρέει από την μπαταρία, μέσω του καλωδίου, του μαγνήτη και της βίδας πίσω στη μπαταρία πρέπει να περάσει από το μαγνητικό πεδίο του μαγνήτη κυλίνδρου. Δημιουργείται μια δύναμη Lorentz η οποία είναι ορθή γωνία με το ρεύμα και την κατεύθυνση του πεδίου από τον μαγνήτη. Η κατεύθυνση της δύναμης δίνεται από τον κανόνα του δεξιού χεριού.

Η δύναμη στο ρεύμα μεταφράζεται σε μια ροπή που ρυθμίζει το μαγνήτη του κυλίνδρου σε περιστροφή. Η συμμετρία του συγκροτήματος δεν επηρεάζεται από την περιστροφή έτσι προκύπτει συνεχής περιστροφή.

Η παρατήρηση ότι αυτή η επίδραση δεν είναι απλώς μια αρχή, αλλά οδηγεί σε μια αξιοσημείωτα γρήγορη    η περιστροφή οφείλεται στο μεγάλο ρεύμα που παράγεται από το σχεδόν βραχυκύκλωμα και στη μεγάλη ισχύ πεδίου του μαγνήτη. Η χαμηλή τριβή μεταξύ του σημείου της βίδας και της μπαταρίας και μεταξύ του μαγνήτη και του ελαφρώς συγκρουόμενου σύρματος είναι επίσης σημαντική.

Η μορφή κατασκευής και η χαμηλή ισχύς αυτού του παιχνιδιού σημαίνει ότι δεν έχει πρακτική εφαρμογή. Δείχνει την αρχή ενός από τους παλαιότερους τύπους ηλεκτρικών κινητήρων, δηλαδή του τροχού Barlow. Ο τροχός Barlow ανακαλύφθηκε από τον Peter Barlow (1776-1862) το 1822, πριν από αυτό που γνωρίζουμε ως ηλεκτρικό κινητήρα. Αποτελείται από συνεχές ρέον ρεύμα και συνακόλουθη συνεχή κίνηση.

2010072312041021756.jpg2010072312042377859.jpg

Το σχήμα 3 δείχνει ένα παράδειγμα της κατασκευής του Barlow. Αποτελείται από μια περιστρεφόμενη πλάκα τοποθετημένη σε ορθή γωνία και σε επαφή με ένα λουτρό υδραργύρου. Ο υδράργυρος, ο οποίος είναι τόσο αγώγιμος όσο και υγρός, παρέχει μια σύνδεση χαμηλής τριβής για τον περιστρεφόμενο τροχό. Ο τροχός έχει σχήμα αστεριού σε αυτή την εικόνα για να μειώσει περαιτέρω την τριβή. Ο τροχός περιστρέφεται μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο που παράγεται από ένα πέταλο μαγνήτη. Σε αντίθεση με τον ελεύθερο κινητήρα μας, ο τρέχων τροχός και ο μαγνήτης διαχωρίζονται.    Ο κινητήρας μας, μαζί με τον τροχό του Barlow, ανήκει σε μια πρώιμη κατηγορία ηλεκτρικών κινητήρων που ονομάζεται μονοπολική ή μονοπολική.

συμπέρασμα

Η παλαιότερη αρχή ενός ηλεκτρικού κινητήρα, με τη βοήθεια σύγχρονων υλικών, μπορεί να αποδειχθεί σε λίγα δευτερόλεπτα χρησιμοποιώντας γυμνές ζώνες και με σαφήνεια απεικονίζει τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια.

Προσθήκη:

Ένας άλλος σχεδιασμός κινητήρων προέρχεται από την Per-Olof Nilsson από τη Σουηδία (μέσω προσωπικής επικοινωνίας). Το πλεονέκτημα είναι ότι δεν χρειάζεται να κρατάτε ολόκληρη την κατασκευή. Αλλά αυτό δεν είναι ένα πραγματικό πείραμα Hands-On.