moottorit ja oikean valinta

mikä saa Moottorin liikkumaan?

epämääräisin ja yksinkertaisin vastaus on magnetismi! Tehdään tästä yksinkertaisesta voimasta superauto!

pitääksemme asiat yksinkertaisina meidän on tarkasteltava joitakin käsitteitä ajatuskokeilun linssin läpi. Joitakin vapauksia otetaan, mutta jos haluat päästä yksityiskohtiin, voit kysyä Tri Griffithsiltä. Ajatuskoetta varten toteamme, että magneettikentän tuottaa liikkuva elektroni eli virta. Vaikka tämä luo meille klassisen mallin käytettäväksi, asiat hajoavat, kun saavutamme atomitason. Jotta magnetismin atomitasoa ymmärtäisi paremmin, Griffiths selittää sitä toisessa kirjassaan…

Sähkömagnetismi

magneetin tai magneettikentän luomiseksi on tarkasteltava, miten ne syntyvät. Nykyisen ja magneettisen kentän suhde käyttäytyy oikeanpuoleisen säännön mukaan. Virran kulkiessa johtimen läpi langan ympärille muodostuu magneettikenttä sormien suuntaan, kun ne kietoutuvat sen ympärille. Tämä on Ampèren voimalain yksinkertaistaminen, koska se toimii nykyisellä kantolangalla. Jos sama johto asetetaan magneettikenttään, syntyy voima. Tätä voimaa kutsutaan Lorentzin voimaksi.

jos virtaa lisätään, magneettikentän voimakkuus vahvistuu. Vaikka, tehdä jotain hyödyllistä alalla, se vaatisi uskomattomia määriä virtaa. Lisäksi virtaa antava Lanka kantaisi samaa magneettista voimaa, jolloin syntyisi hallitsemattomia kenttiä. Taivuttamalla Lanka silmukaksi voidaan luoda suunnattu ja keskittynyt kenttä.

sähkömagneetit

silmukoimalla johtoa ja kulkemalla virtaa syntyy sähkömagneetti. Jos yhdellä langansilmukalla pystyy keskittämään kentän, mitä voi tehdä useammalla? Miten olisi muutama sata lisää! Mitä enemmän kierroksiin lisätään silmukoita, sitä voimakkaammaksi kenttä tulee tietylle virralle. Jos näin on, miksi emme näe tuhansia ellei miljoonia käämejä moottoreissa ja sähkömagneeteissa? Mitä pidempi lanka, sitä suurempi vastus sillä on. Ohmin laki (V = I*R) sanoo, että säilyttääkseen saman virran kuin vastus kasvaa, jännitteen täytyy kasvaa. Joissakin tapauksissa on järkevää käyttää suurempia jännitteitä; toisissa tapauksissa jotkut käyttävät suurempia Lanka vähemmän vastus. Isomman langan käyttö on kalliimpaa ja on yleensä hankalampaa työstää. Nämä ovat tekijöitä, jotka on punnittava moottoria suunniteltaessa.

kokeiluaika

Oman sähkömagneetin luomiseen, yksinkertaisesti löytää pultti (tai muu Pyöreä teräsesine), jokin magneettilanka (30-22 mittari toimii hyvin) ja akku.

kääri 75-100 kierrosta lankaa teräksen ympärille. Teräskeskuksen avulla magneettikenttä tiivistyy entisestään, mikä lisää sen teholujuutta. Käymme seuraavassa jaksossa läpi, miksi näin tapahtuu.

Poista nyt hiekkapaperilla eristeet johtojen päistä ja liitä jokainen johto akun jokaiseen liittimeen. Onnitteluni! Olet rakentanut ensimmäisen osan moottorista! Jos haluat testata sähkömagneetin lujuutta, yritä poimia paperiliittimiä tai muita pieniä teräsesineitä.

Ferromagnetismi

muistellessamme ajatuskokeemme alkua magneettikenttiä voi tuottaa vain virta. Kun ajatellaan virran määritelmää elektronien virtauksena, atomia kiertävien elektronien pitäisi luoda virta ja siten magneettikenttä! Jos jokaisella atomilla on elektroneja, onko kaikki magneettista? Kyllä! Kaikki aine, Sammakot mukaan lukien, voi ilmaista magneettisia ominaisuuksia, kun sille annetaan riittävästi energiaa. Kaikki Magnetismi ei kuitenkaan synny tasapuolisesti. Pystyn poimimaan ruuveja refrideraattorimagnentilla enkä sammakolla, koska ferromagnetismi ja paramagnetismi eroavat toisistaan. Tapa erottaa nämä kaksi (ja muutama muu tyyppi) on kvanttimekaniikan tutkimuksen kautta.

Ferromagnetismi tulee olemaan painopisteemme, koska se on vahvin ilmiö ja siitä meillä on eniten kokemusta. Lisäksi, jotta meidän ei tarvitsisi ymmärtää tätä kvanttitasolla, aiomme hyväksyä, että ferromagneettisten aineiden atomit pyrkivät kohdistamaan magneettikenttänsä naapureihinsa. Vaikka niillä on taipumus yhdenmukaistaa, epäjohdonmukaisuudet materiaali ja muut tekijät, kuten kristalliini rakenne luoda magneettisia verkkotunnuksia.

kun magneettiset domeenit ovat kohdakkain satunnaisessa järjestyksessä, viereiset kentät kumoavat toisensa aiheuttaen magnetoimatonta materiaalia. Kun läsnä on vahva ulkoinen kenttä on mahdollista uudelleen kohdistaa nämä verkkotunnukset. Kohdistamalla nämä verkkotunnukset, yleinen kenttä vahvistuu, luoden magneetin!

tämä uudelleensuuntaus voi olla pysyvä riippuen kentän voimakkuudesta. Tämä on hienoa, koska tarvitsemme näitä seuraavassa osiossa.

kestomagneetit

kestomagneetit käyttäytyvät samalla tavalla kuin sähkömagneetit. Ainoa ero on, että ne ovat pysyviä.

kaikissa piirroksissa nuolet osoittavat poispäin pohjoisnavasta ja kohti etelänapaa. Toinen konventio on käyttää punaista väriä edustamaan pohjoista ja sinistä edustamaan etelää. Magneetin napaisuuden tunnistamiseen voi käyttää kompassia. Koska Vastakohdat vetävät puoleensa, neula osoittaa pohjoiseen magneetin etelänavalle.

saman kokeen voi tehdä sähkömagneetilla napaisuuden määrittämiseksi.

jos kääntää virran suunnan, voi nähdä, miten sähkömagneetti voi kääntää napansa.

tämä on rakennusmoottoreiden keskeinen periaate! Nyt, Katsotaanpa joitakin eri moottoreita ja miten he käyttävät magneetteja ja sähkömagneetteja.