motoare și selectarea celui potrivit

ce face ca un motor să se miște?

răspunsul cel mai vag și simplu este magnetismul! Ok, acum să luăm această forță simplă și să o transformăm într-o super mașină!

pentru a păstra lucrurile simple, va trebui să ne uităm la unele concepte prin lentila experimentului de gândire. Unele libertăți vor fi luate, dar dacă doriți să obțineți în jos și murdar cu detalii, puteți consulta Dr.Griffiths. Pentru experimentul nostru de gândire, vom afirma că un câmp magnetic este produs de un electron în mișcare, adică curent. În timp ce acest lucru creează un model clasic pentru noi de a utiliza, lucrurile se descompun atunci când vom ajunge la nivelul atomic. Pentru a înțelege mai mult nivelul atomic al magnetismului, Griffiths explică acest lucru într-o altă carte…

electromagnetismul

pentru a crea un magnet sau un câmp magnetic, va trebui să ne uităm la modul în care sunt generate. Relația dintre curent și câmpul magnetic se comportă conform regulii din dreapta. Pe măsură ce curentul trece printr-un fir, se formează un câmp magnetic în jurul firului în direcția degetelor în timp ce se înfășoară în jurul acestuia. Aceasta este o simplificare a legii forței amp Oximtre, deoarece acționează asupra unui fir de transport curent. Acum, dacă plasezi același fir într-un câmp magnetic preexistent, poți genera o forță. Această forță este denumită forța Lorentz.

dacă curentul este crescut, puterea câmpului magnetic este întărită. Deși, pentru a face ceva util cu câmpul, ar fi nevoie de cantități incredibile de curent. Mai mult, firul care livrează curentul ar purta aceeași rezistență magnetică, creând astfel câmpuri necontrolate. Prin îndoirea firului într-o buclă, se poate crea un câmp direcționat și concentrat.

electromagneți

prin înfășurarea firului și trecerea unui curent, se creează un electromagnet. Dacă o buclă de sârmă poate concentra câmpul, ce puteți face cu mai mult? Ce zici de încă câteva sute! Cu cât adăugați mai multe bucle la circuit, cu atât câmpul devine mai puternic pentru un curent dat. Dacă acesta este cazul, de ce nu vedem mii, dacă nu milioane, de înfășurări în motoare și electromagneți? Ei bine, cu cât firul este mai lung, cu atât are o rezistență mai mare. Legea lui Ohm (V = I*R) spune că pentru a menține același curent pe măsură ce crește rezistența, tensiunea trebuie să crească. În unele cazuri, este logic să se utilizeze tensiuni mai mari; în alte cazuri, unii folosesc sârmă mai mare cu o rezistență mai mică. Utilizarea sârmei mai mari este mai costisitoare și, în general, este mai dificil de lucrat. Acestea sunt factori care trebuie cântăriți la proiectarea unui motor.

timp de Experiment

pentru a crea propriul electromagnet, pur și simplu găsiți un șurub (sau alt obiect rotund din oțel), un fir de magnet (ecartamentul 30-22 funcționează bine) și o baterie.

înfășurați între 75-100 de rotații de sârmă în jurul oțelului. Utilizarea unui centru de oțel concentrează în continuare câmpul magnetic, mărind rezistența sa efectivă. Vom trece peste de ce se întâmplă acest lucru în secțiunea următoare.

acum, folosind hârtie de nisip, îndepărtați izolația de la capetele firelor și conectați fiecare fir la fiecare terminal al bateriei. Felicitări! Ați construit prima componentă a unui motor! Pentru a testa rezistența electromagnetului dvs., încercați să ridicați agrafe de hârtie sau alte obiecte mici din oțel.

feromagnetism

Privind înapoi la începutul experimentului nostru de gândire, câmpurile magnetice pot fi produse numai de un curent. Luând definiția curentului ca flux de electroni, electronii care orbitează un atom ar trebui să creeze un curent și, astfel, un câmp magnetic! Dacă fiecare atom are electroni este totul magnetic? Da! Toată materia, inclusiv broaștele, poate exprima proprietăți magnetice atunci când i se oferă suficientă energie. Dar nu tot magnetismul este creat în mod egal. Motivul pentru care pot ridica șuruburi cu un magnent refriderator și nu o broască este diferența dintre feromagnetism și paramagnetism. Modul de a diferenția cele două (și alte câteva tipuri) este prin studiul mecanicii cuantice.

Feromagnetismul va fi obiectivul nostru, deoarece este cel mai puternic fenomen și este ceea ce avem cea mai mare experiență. Mai mult, pentru a ne scuti de a înțelege acest lucru la nivel cuantic, vom accepta că atomii de materiale feromagnetice tind să-și alinieze câmpurile magnetice cu vecinii lor. Deși tind să se alinieze, inconsecvențele materiale și alți factori, cum ar fi structura cristalină, creează domenii magnetice.

când domeniile magnetice sunt aliniate într-o ordine aleatorie, câmpurile învecinate se anulează reciproc, rezultând un material nemagnetizat. Odată ajuns în prezența unui câmp extern puternic, este posibilă re-alinierea acestor domenii. Prin alinierea acestor domenii, câmpul general se întărește, creând un magnet!

această re-aliniere poate fi permanentă în funcție de puterea câmpului. Acest lucru este minunat pentru că vom avea nevoie de acestea în secțiunea următoare.

magneți permanenți

magneții permanenți se comportă în același mod ca electromagneții. Singura diferență este, Ei bine, ele sunt permanente.

în toate desenele, săgețile vor fi îndreptate spre Polul Nord și spre Polul Sud. O altă convenție este de a folosi culoarea roșie pentru a reprezenta nordul și albastru pentru a reprezenta sudul. Pentru a identifica o polaritate a magneților, puteți utiliza o busolă. Deoarece opusele se atrag, acul va indica spre nord spre Polul Sud al magnetului.

puteți efectua același experiment cu un electromagnet pentru a determina polaritatea.

dacă inversați fluxul de curent, puteți vedea cum un electromagnet își poate inversa polii.

acesta este un principiu cheie pentru construirea motoarelor! Acum, să ne uităm la unele motoare diferite și modul în care acestea folosesc magneți și electromagneți.