motory a výběr správného

co dělá pohyb motoru?

nejasné a jednoduchá odpověď je magnetismus! Ok, Teď pojďme vzít tuto jednoduchou sílu a proměnit ji v super auto!

abychom udrželi věci jednoduché, musíme se podívat na některé koncepty optikou myšlenkového experimentu. Některé svobody budou přijaty, ale pokud se chcete dostat dolů a zašpinit detaily, můžete se poradit s Dr. Griffithsem. Pro náš myšlenkový experiment uvedeme, že magnetické pole je produkováno pohyblivým elektronem, tj. proud. I když to pro nás vytváří klasický model, věci se rozpadají, když dosáhneme atomové úrovně. Abychom pochopili atomovou úroveň magnetismu více, Griffiths to vysvětluje v jiné knize…

elektromagnetismus

abychom vytvořili magnet nebo magnetické pole, musíme se podívat na to, jak jsou generovány. Vztah mezi proudem a magnetickým polem se chová podle pravostranného pravidla. Jak proud prochází drátem, kolem drátu se vytváří magnetické pole ve směru vašich prstů, když se kolem něj ovinují. Jedná se o zjednodušení Ampèrova silového zákona, protože působí na proudový vodič. Nyní, pokud umístíte stejný vodič do již existujícího magnetického pole, můžete vygenerovat sílu. Tato síla se označuje jako Lorentzova síla.

pokud se zvýší proud, posílí se síla magnetického pole. Ačkoli, udělat něco užitečného s polem, chtělo by to neuvěřitelné množství proudu. Kromě toho by drát dodávající proud nesl stejnou magnetickou sílu, čímž by se vytvořila nekontrolovaná pole. Ohnutím drátu do smyčky lze vytvořit směrované a koncentrované pole.

elektromagnety

smyčkovým drátem a průchodem proudu se vytvoří elektromagnet. Pokud jedna smyčka drátu může soustředit pole, co můžete dělat s více? Co takhle ještě pár stovek! Čím více smyček přidáte do obvodu, tím silnější je pole pro daný proud. Pokud tomu tak je, proč nevidíme tisíce **, pokud ne * * miliony vinutí v motorech a elektromagnetech? Čím delší drát, tím vyšší odpor má. Ohmův zákon (V = I * R) říká, že pro udržení stejného proudu jako odpor se musí zvýšit napětí. V některých případech má smysl používat vyšší napětí; v jiných případech někteří používají větší vodič s menším odporem. Použití většího drátu je nákladnější a je obecně obtížnější s ním pracovat. To jsou faktory, které je třeba zvážit při navrhování motoru.

doba experimentu

Chcete-li vytvořit svůj vlastní elektromagnet, jednoduše najděte šroub (nebo jiný kulatý ocelový předmět), nějaký magnetový drát (měřidlo 30-22 funguje dobře) a baterii.

Ovinte mezi 75-100 závity drátu kolem oceli. Použití ocelového centra dále koncentruje magnetické pole a zvyšuje jeho účinnou pevnost. V další části se podíváme, proč se to děje.

nyní pomocí brusného papíru odstraňte izolaci z konců vodičů a připojte každý vodič ke každé svorce baterie. Gratuluji! Postavili jste první součást motoru! Chcete-li otestovat sílu svého elektromagnetu, zkuste vyzvednout kancelářské sponky nebo jiné malé ocelové předměty.

Feromagnetismus

při pohledu zpět na začátek našeho myšlenkového experimentu může být magnetické pole produkováno pouze proudem. Vezmeme-li definici proudu jako toku elektronů, elektrony obíhající kolem atomu by měly vytvořit proud a tím i magnetické pole! Pokud má každý atom elektrony, je všechno magnetické? Ano! Veškerá hmota, včetně žab, může vyjádřit magnetické vlastnosti, pokud je dostatek energie. Ale ne všechny magnetismus je vytvořen stejně. Důvod, proč mohu vyzvednout šrouby s refriderátorem magnent a ne žába, je rozdíl mezi feromagnetismem a paramagnetismem. Způsob, jak rozlišit dva (a několik dalších typů), je studium kvantové mechaniky.

Naším cílem bude Feromagnetismus, protože je to nejsilnější fenomén a je to, s čím máme nejvíce zkušeností. Dále, abychom se zbavili toho, že to musíme pochopit na kvantové úrovni, přijmeme, že atomy feromagnetických materiálů mají tendenci sladit své magnetické pole se svými sousedy. I když mají tendenci se sladit, nekonzistence v materiálu a další faktory, jako je krystalická struktura, vytvářejí magnetické domény.

když jsou magnetické domény zarovnány v náhodném pořadí, sousední pole se navzájem vyruší, což vede k nemagnetizovanému materiálu. Jakmile je v přítomnosti silného vnějšího pole, je možné tyto domény znovu zarovnat. Zarovnáním těchto domén se celkové pole posiluje a vytváří magnet!

toto opětovné zarovnání může být trvalé v závislosti na síle pole. To je skvělé, protože je budeme potřebovat v další části.

permanentní magnety

permanentní magnety se chovají stejně jako elektromagnety. Jediný rozdíl je, studna, jsou trvalé.

ve všech výkresech budou šipky směřovat od severního pólu a směrem k jižnímu pólu. Další konvencí je použít červenou barvu k reprezentaci severu a modrou k reprezentaci jihu. K identifikaci polarity magnetů můžete použít kompas. Protože protiklady přitahují, jehla bude směřovat na sever k jižnímu pólu magnetu.

můžete provést stejný experiment s elektromagnetem k určení polarity.

pokud obrátíte tok proudu, můžete vidět, jak může elektromagnet obrátit své póly.

to je klíčový princip pro stavbu motorů! Nyní se podívejme na některé různé motory a na to, jak používají magnety a elektromagnety.