V roce 1821 postavil Michael Faraday jednoduchý homopolární motor využívající baterii, magnet a drát, který vydláždil cestu modernímu elektromotoru. Ze stejných materiálů si můžete postavit vlastní homopolární motor a vyzkoušet si několik experimentů, jak sledovat fyziku při práci!
Kroky
Metoda 1 ze 3: Sestavení jednoduchého homopolárního motoru
Krok 1. Shromážděte své materiály
K výrobě homopolárního motoru nepotřebujete žádné speciální nástroje. Vše, co potřebujete, je baterie, délka měděného drátu a neodymový magnet.
- Můžete použít jakýkoli druh alkalické baterie, ale větší baterie, například C-článek, se bude snáze držet.
- Získejte pár palců měděného drátu. Můžete použít holý nebo izolovaný drát. Pokud se rozhodnete použít izolovaný vodič, odizolujte část izolace na obou koncích. Měděný drát najdete online nebo ve většině železářství.
- Na tento experiment by měl stačit jakýkoli neodymový magnet, ale hledejte ten s vodivým pokovením. Na internetu můžete koupit poniklované neodymové magnety různých velikostí.
- Budete také potřebovat jeden šroub do sádrokartonu. Šroub vám umožní vidět motor v činnosti. Jakmile úspěšně zkonstruujete motor, šroub se roztočí.
Krok 2. Nasaďte magnet na šroub
Vezměte neodymový magnet a připevněte jej hlavou šroubu do sádrokartonu.
Krok 3. Připevněte šroub na jeden konec baterie
Špičku šroubu můžete nasadit na obě strany baterie. Strana, kterou zvolíte, určí, jakým směrem se bude váš motor točit.
Jediný bod kontaktu mezi špičkou šroubu a baterií slouží jako ložisko s nízkým třením. Těžší magnet sníží množství tření mezi těmito dvěma body
Krok 4. Umístěte měděný vodič na baterii
Vezměte měděný drát a přidržte jej na druhém konci baterie. Pokud jste například přiložili šroub na konec knoflíku baterie, přidržte měděný drát na plochém konci.
Krok 5. Dokončete motor
Jemně položte volný konec měděného drátu na stranu magnetu. Magnet a šroub by se měly začít otáčet.
- Když umístíte měděný vodič na stranu magnetu, dokončíte obvod mezi vývody baterie. Proud teče z jednoho konce baterie, dolů šroubem a do magnetu. Dotknutím se drátu na straně magnetu necháte proud protékat vodičem a na druhý konec baterie.
- Homopolární motor je schopen nepřetržitého otáčení, aniž by bylo nutné měnit směr proudu.
- Netrvá dlouho a šroub se začne otáčet vysokou rychlostí. Šroub i magnet mohly z baterie snadno odletět. Při práci s magnety a elektřinou buďte opatrní.
- Při provádění tohoto experimentu se může drát zahřát. Nedržte drát na magnetu delší dobu.
Metoda 2 ze 3: Výroba volně stojícího homopolárního motoru
Krok 1. Shromážděte své zásoby
K výrobě volně stojícího homopolárního motoru potřebujete jen pár věcí. Měli byste být schopni najít vše potřebné online nebo v místním železářství.
- K výrobě motoru budete potřebovat následující materiály: 1 baterii AA, 2–3 neodymové magnety a několik palců měděného drátu.
- Možná budete také potřebovat pár řezaček drátu nebo kleští, které vám pomohou při práci s měděným drátem.
Krok 2. Umístěte baterii na magnety
Skládejte své magnety dohromady a postavte se. Umístěte plochou nebo zápornou stranu baterie na magnety.
Krok 3. Ohněte měděný drát
Vezměte několik palců měděného drátu a ohněte jej tak, aby se jeden konec dotýkal magnetu a jeden konec se dotýkal kladné strany baterie.
- Svůj měděný drát můžete ohnout do různých tvarů, které se budou otáčet při vložení na baterii. Symetrické tvary fungují nejlépe, takže točení nevyvádí drát z rovnováhy.
- Zkuste ohnout drát do tvaru srdce. Když vytvoříte tvar srdce, ohněte každý konec měděného drátu tak, aby se vešel kolem magnetu. Odsazení v horní části srdce bude spojovacím bodem kladného konce baterie.
Krok 4. Umístěte vodič na motor
Vezměte kabel a položte jej na baterii. Dokud se část drátu dotýká strany magnetu a část drátu se dotýká kladné strany baterie, měl by se váš drát točit.
- Proud v tomto homopolárním motoru proudí za přítomnosti magnetického pole. Když proud teče v magnetickém poli, zažije něco známého jako Lorentzova síla. Lorentzova síla je to, co způsobí, že se drát točí kolem baterie.
- Vodič se připojuje k baterii ve třech bodech. Jeden bod drátu je na kladném pólu a dva konce drátu jsou v blízkosti magnetu, na záporném pólu. Proud teče z kladného pólu a po obou stranách drátu. Magnetické pole tlačí proud ven, což způsobuje otáčení vodičů.
Metoda 3 ze 3: Budování systému magnetohydrodynamického pohonu
Krok 1. Shromážděte své zásoby
Svůj homopolární motor můžete použít k demonstraci magnetohydrodynamického (MHD) pohonu. Pohon MHD je způsob, jak pomocí elektrického proudu něco protlačit vodou. K tomuto experimentu budete potřebovat následující:
- 1 baterie typu C.
- 1 silný neodymový magnet
- 2 kusy tlustého měděného drátu
- Malé jídlo
- Sůl a pepř
Krok 2. Připravte vodu
Do misky nalijte asi 0,6 až 1,3 cm vody. Neplňte misku úplně. Vmíchejte několik kapek soli a pepře a položte misku na magnet.
Přidání soli zlepšuje vodivost vody. Přidání pepře vám umožní vidět pohon při práci
Krok 3. Ohněte drát
Ohněte každý kus drátu tak, aby když držíte dráty k baterii, opačné konce byly od sebe vzdáleny jen několik centimetrů.
Když přidržíte měděný vodič k baterii, dráty by měly téměř vytvořit tvar „Y“. Dávejte pozor, aby se konce drátu navzájem nedotýkaly
Krok 4. Přidržte vodiče k baterii
Držte jeden vodič proti kladné straně baterie a jeden konec proti záporné straně baterie.
Krok 5. Přilepte volné konce drátu do misky s vodou
Umístěte jeden drát doprostřed talíře a druhý proti boku talíře. Měli byste vidět, jak se voda začíná točit kolem jednoho z drátů.
- Voda se pohybuje díky Lorentzově síle. Každý vodič vede elektrický proud. Když ponoříte dráty do slané vody, dokončíte obvod. Proud se pohybuje vodorovně vodou, od jednoho drátu k druhému. Protože miska s vodou sedí na magnetu, pohybuje se ve vodě magnetické pole, které se pohybuje vzhůru. Když se elektrický proud pohybuje magnetickým polem, Lorentzova síla způsobí točení vody.
- Pokud otočíte baterii, můžete obrátit směr proudu a voda se bude otáčet opačným směrem.
- Máte co do činění s vodou a elektřinou, takže při provádění tohoto experimentu buďte opatrní.
