В 1821 году Майкл Фарадей построил простой униполярный двигатель с использованием батареи, магнита и провода, который проложил путь для современного электродвигателя. Из тех же материалов вы можете построить свой собственный униполярный двигатель и попробовать несколько экспериментов, чтобы увидеть, как работает физика!
Шаги
Метод 1 из 3: создание простого униполярного двигателя
Шаг 1. Соберите материалы
Для изготовления униполярного двигателя не требуется никаких специальных инструментов. Все, что вам нужно, это аккумулятор, кусок медного провода и неодимовый магнит.
- Вы можете использовать любую щелочную батарею, но батарею большего размера, например, C-элемент, будет легче удерживать.
- Возьмите несколько дюймов медной проволоки. Вы можете использовать неизолированный или изолированный провод. Если вы решите использовать изолированный провод, снимите часть изоляции с каждого конца. Вы можете найти медный провод в Интернете или в большинстве хозяйственных магазинов.
- Любой неодимовый магнит должен подойти для этого эксперимента, но ищите магнит с проводящим покрытием. Вы можете купить никелированные неодимовые магниты разных размеров в Интернете.
- Вам также понадобится один шуруп для гипсокартона. Винт позволит вам увидеть двигатель в действии. Как только вы успешно сконструируете двигатель, винт будет вращаться.
Шаг 2. Наденьте магнит на винт
Возьмите неодимовый магнит и прикрепите его к головке шурупа для гипсокартона.
Шаг 3. Прикрутите винт к одному концу батареи
Вы можете положить кончик винта по обе стороны от батареи. Выбранная вами сторона определит, в каком направлении будет вращаться ваш мотор.
Единственная точка контакта между кончиком винта и аккумулятором служит подшипником с низким коэффициентом трения. Более тяжелый магнит уменьшит трение между этими двумя точками
Шаг 4. Поместите медный провод на аккумулятор
Возьмите медный провод и поднесите его к другому концу батареи. Например, если вы поместили винт на конец батареи с кнопкой, прижмите медный провод к плоскому концу.
Шаг 5. Доделайте мотор
Аккуратно поместите свободный конец медной проволоки сбоку от магнита. Магнит и винт должны начать вращаться.
- Когда вы помещаете медный провод сбоку от магнита, вы замыкаете цепь между клеммами аккумулятора. Ток течет от одного конца батареи вниз по винту к магниту. Прикоснув провод к стороне магнита, вы позволяете току течь через провод к другому концу батареи.
- Униполярный двигатель способен непрерывно вращаться без необходимости изменять направление тока.
- Винт быстро начинает вращаться на высоких оборотах. И винт, и магнит легко могли слететь с аккумулятора. Соблюдайте осторожность при работе с магнитами и электричеством.
- При проведении этого эксперимента возможно нагревание проволоки. Не прижимайте провод к магниту в течение длительного времени.
Метод 2 из 3: изготовление автономного униполярного двигателя
Шаг 1. Соберите все необходимое
Для создания автономного униполярного двигателя вам понадобится всего несколько вещей. Вы сможете найти все, что вам нужно, в Интернете или в местном хозяйственном магазине.
- Для изготовления мотора вам понадобятся следующие материалы: 1 батарейка AA, 2-3 неодимовых магнита и несколько дюймов медного провода.
- Вам также могут понадобиться кусачки или плоскогубцы, чтобы обработать медный провод.
Шаг 2. Поместите аккумулятор на магниты
Сложите магниты вместе, чтобы получилась подставка. Поместите плоскую или отрицательную сторону батареи поверх магнитов.
Шаг 3. Согните медный провод
Возьмите несколько дюймов медного провода и согните его так, чтобы один конец касался магнита, а один конец касался положительной стороны батареи.
- Вы можете сгибать медный провод в различные формы, которые будут вращаться, когда его поместите на батарею. Лучше всего подходят симметричные формы, так что вращение не выводит проволоку из равновесия.
- Попробуйте согнуть проволоку в форме сердца. Когда вы будете формировать сердечко, согните каждый конец медной проволоки так, чтобы они вошли вокруг магнита. Выступ в верхней части сердечка будет точкой подключения к положительному полюсу батареи.
Шаг 4. Наденьте провод на двигатель
Возьмите провод и наденьте его на аккумулятор. Пока у вас есть отрезок провода, касающийся стороны магнита, и отрезок провода, касающийся положительной стороны батареи, ваш провод должен вращаться.
- Ток в этом униполярном двигателе течет в присутствии магнитного поля. Когда ток течет в магнитном поле, он испытывает нечто, известное как сила Лоренца. Сила Лоренца - это то, что заставляет провод вращаться вокруг батареи.
- Провод подключается к батарее в трех точках. Одна точка провода находится на положительной клемме, а два конца провода рядом с магнитом на отрицательной клемме. Ток течет от положительной клеммы по обеим сторонам провода. Магнитное поле выталкивает ток наружу, заставляя провода вращаться.
Метод 3 из 3: создание магнитогидродинамической двигательной установки
Шаг 1. Соберите все необходимое
Вы можете использовать свой униполярный двигатель, чтобы продемонстрировать магнитогидродинамическое (МГД) движение. МГД-движение - это способ использования электрического тока для проталкивания чего-либо через воду. Для этого эксперимента вам понадобится следующее:
- 1 С-элементная батарея
- 1 сильный неодимовый магнит
- 2 куска толстой медной проволоки
- Маленькое блюдо
- Соль и перец
Шаг 2. Приготовьте воду
Налейте в блюдо около 0,25–0,5 дюйма (0,6–1,3 см) воды. Не наполняйте блюдо полностью. Добавьте несколько капель соли и перца и поставьте блюдо на магнит.
Добавление соли улучшает проводимость воды. Добавление перца позволяет увидеть, как работает двигатель
Шаг 3. Сгибаем проволоку
Согните каждый кусок провода так, чтобы при поднесении проводов к батарее противоположные концы находились всего в нескольких сантиметрах друг от друга.
Когда вы подносите медный провод к батарее, провода должны образовывать почти Y-образную форму. Следите за тем, чтобы концы проволоки не касались друг друга
Шаг 4. Подержите провода к аккумулятору
Прижмите один провод к положительной стороне батареи, а один конец - к отрицательной стороне батареи.
Шаг 5. Втыкайте свободные концы проволоки в емкость с водой
Поместите одну проволоку в центр тарелки, а другую - напротив ее края. Вы должны увидеть, как вода закручивается вокруг одного из проводов.
- Вода движется за счет силы Лоренца. По каждому проводу проходит электрический ток. Когда вы окунете провода в соленую воду, вы замыкаете цепь. Течение движется по воде горизонтально от одного провода к другому. Поскольку блюдо с водой сидит на магните, магнитное поле движется вверх через воду. Когда электрический ток проходит через магнитное поле, сила Лоренца заставляет воду вращаться.
- Если вы перевернете батарею, вы можете изменить направление течения, и вода будет вращаться в обратном направлении.
- Вы имеете дело с водой и электричеством, поэтому будьте осторожны при проведении этого эксперимента.
