Motorer Og Velge Den Rette

Hva Gjør En Motor Flytte?

det mest vage og enkle svaret er magnetisme! Ok, la oss nå ta denne enkle kraften og gjøre den til en superbil!

for å holde ting enkelt, må vi se på noen begreper gjennom linsen til tankeeksperimentet. Noen friheter vil bli tatt, men hvis Du vil komme ned og skitne med detaljene, kan Du konsultere Dr. Griffiths. For vårt tankeeksperiment skal vi si at et magnetfelt er produsert av en bevegelig elektron, dvs.strøm. Selv om dette skaper en klassisk modell for oss å bruke, bryter ting ned når vi når atomnivå. For å forstå atomnivået av magnetisme mer, Forklarer Griffiths det i en annen bok…

Elektromagnetisme

for å lage en magnet eller magnetfelt, må vi se på hvordan de genereres. Forholdet mellom nåværende og magnetikkfelt oppfører seg i henhold til høyre regel. Når strømmen passerer gjennom en ledning, dannes et magnetfelt rundt ledningen i retning av fingrene når de vikles rundt den. Dette er en forenkling Av Ampè ‘ s kraftlov som det virker på en strømførende ledning. Nå, hvis du plasserer den samme ledningen i et eksisterende magnetfelt, kan du generere en kraft. Denne kraften kalles Lorentz-kraften.

hvis strømmen økes, styrkes magnetfeltets styrke. Selv om å gjøre noe nyttig med feltet, ville det ta utrolige mengder strøm. Videre vil ledningen som leverer strømmen, bære den samme magnetiske styrken, og dermed skape ukontrollerte felt. Ved å bøye ledningen i en løkke, kan et rettet og konsentrert felt opprettes.

Elektromagneter

ved looping wire og passerer en strøm, opprettes en elektromagnet. Hvis en løkke av ledning kan konsentrere feltet, hva kan du gjøre med mer? Hva med noen hundre til? Jo flere løkker du legger til kretsen, desto sterkere blir feltet for en gitt strøm. Hvis det er tilfelle, hvorfor ser vi ikke tusenvis **, hvis ikke * * millioner, av viklinger i motorer og elektromagneter? Vel, jo lengre ledningen jo høyere motstand den har. Ohms lov (V = i*R) sier at for å opprettholde samme strøm som motstanden øker, må spenningen øke. I noen tilfeller er det fornuftig å bruke høyere spenninger; i andre tilfeller bruker noen større ledning med mindre motstand. Bruk av større ledning er dyrere og er generelt vanskeligere å jobbe med. Dette er faktorer som må veies når du designer en motor.

Eksperimenttid

for å lage din egen elektromagnet, bare finne en bolt (eller andre runde stål objekt), noen magnet wire (30-22 gauge fungerer fint), og et batteri.

Vikle mellom 75-100 omdreininger av ledning rundt stålet. Ved å bruke et stålsenter konsentrerer magnetfeltet ytterligere, og øker dets effektive styrke. Vi vil gå over hvorfor dette skjer i neste avsnitt.

nå, ved hjelp av sandpapir, fjern isolasjonen fra endene av ledningene, og koble hver ledning til hver terminal på batteriet. Gratulerer! Du har bygget den første komponenten av en motor! For å teste styrken på elektromagneten din, prøv å hente papirclips eller andre små stålobjekter.

Ferromagnetisme

når vi ser tilbake til begynnelsen av vårt tankeeksperiment, kan magnetfelt bare produseres av en strøm. Ved å ta definisjonen av strøm som en strøm av elektroner, bør elektroner som kretser et atom skape en strøm og dermed et magnetfelt! Hvis hvert atom har elektroner er alt magnetisk? JA! All materie, inkludert frosker, kan uttrykke magnetiske egenskaper når de får nok energi. Men ikke all magnetisme er skapt like. Grunnen til at jeg kan plukke opp skruer med en refriderator magnent og ikke en frosk er forskjellen mellom ferromagnetisme og paramagnetisme. Måten å skille mellom de to (og noen få flere typer) er gjennom studiet av kvantemekanikk.

Ferromagnetisme vil være vårt fokus, siden Det er det sterkeste fenomenet og er det vi har mest erfaring med. Videre, for å avlaste oss fra å forstå dette på kvantenivå, skal vi akseptere at atomer av ferromagnetiske materialer har en tendens til å justere sine magnetfelt med sine naboer. Selv om de har en tendens til å justere, skaper inkonsekvenser i materiale og andre faktorer som krystallinsk struktur magnetiske domener.

når magnetiske domener er justert i tilfeldig rekkefølge, annullerer nærliggende felt hverandre, noe som resulterer i et ikke-magnetisert materiale. En gang i nærvær av et sterkt eksternt felt er det mulig å justere disse domenene på nytt. Ved å justere disse domenene styrker det generelle feltet, og skaper en magnet!

denne omjusteringen kan være permanent avhengig av feltets styrke. Dette er bra fordi vi trenger disse i neste avsnitt.

Permanente Magneter

Permanente magneter oppfører seg på samme måte som elektromagneter. Den eneste forskjellen er, vel, de er permanente.

i alle tegninger vil pilene peke bort fra nordpolen og mot sørpolen. En annen konvensjon er å bruke fargen rød for å representere nord og blå for å representere sør. For å identifisere en magneter polaritet, kan du bruke et kompass. Siden motsetninger tiltrekker seg, vil nålen peke nordover til magnetens sørpol.

Du kan utføre det samme eksperimentet med en elektromagnet for å bestemme polariteten.

hvis du reverserer strømmen av strøm, kan du se hvordan en elektromagnet kan reversere polene.

Dette er et viktig prinsipp for å bygge motorer! Nå, la oss se på noen forskjellige motorer og hvordan de bruker magneter og elektromagneter.