motorer och välja den rätta

Vad gör en Motor flytta?

det mest vaga och enkla svaret är magnetism! Ok, nu ska vi ta denna enkla kraft och förvandla det till en super bil!

för att hålla det enkelt måste vi titta på några begrepp genom linsen i tankeexperimentet. Vissa friheter kommer att tas, men om du vill komma ner och smutsiga med detaljerna kan du kontakta Dr.Griffiths. För vårt tankeexperiment kommer vi att ange att ett magnetfält produceras av en rörlig elektron, dvs ström. Medan detta skapar en klassisk modell för oss att använda, bryter saker ner när vi når atomnivån. För att förstå magnetismens atomnivå mer, förklarar Griffiths det i en annan bok…

elektromagnetism

för att skapa en magnet eller magnetfält måste vi titta på hur de genereras. Förhållandet mellan nuvarande och magnetik fält beter sig enligt den högra regeln. När strömmen passerar genom en tråd bildas ett magnetfält runt tråden i fingrarnas riktning när de lindas runt den. Detta är en förenkling av AMP Askorbres kraftlag eftersom den verkar på en strömbärande tråd. Nu, om du placerar samma tråd i ett befintligt magnetfält, kan du generera en kraft. Denna kraft kallas Lorentz-kraften.

om strömmen ökas stärks magnetfältets styrka. Men för att göra något användbart med fältet skulle det ta otroliga mängder ström. Vidare skulle tråden som levererar strömmen ha samma magnetiska styrka, vilket skapar okontrollerade fält. Genom att böja tråden i en slinga kan ett riktat och koncentrerat fält skapas.

elektromagneter

genom looping tråd och passerar en ström skapas en elektromagnet. Om en slinga av tråd kan koncentrera fältet, Vad kan du göra med mer? Vad sägs om några hundra till! Ju fler slingor du lägger till i kretsen, desto starkare blir fältet för en given ström. Om så är fallet, varför ser vi inte tusentals **, om inte **miljoner, lindningar i motorer och elektromagneter? Tja, ju längre tråden desto högre motstånd har den. Ohms lag (V = I*R) säger att upprätthålla samma ström som motståndet ökar, spänningen måste öka. I vissa fall är det vettigt att använda högre spänningar; i andra fall använder vissa större tråd med mindre motstånd. Att använda större tråd är dyrare och är i allmänhet svårare att arbeta med. Det här är faktorer som måste vägas vid konstruktion av en motor.

Experiment tid

för att skapa din egen elektromagnet, helt enkelt hitta en bult (eller andra runda stål objekt), Vissa magnet tråd (30-22 gauge fungerar bra), och ett batteri.

vik mellan 75-100 varv tråd runt stålet. Med hjälp av ett stålcentrum koncentreras magnetfältet ytterligare, vilket ökar dess effektiva styrka. Vi kommer att gå igenom varför detta händer i nästa avsnitt.

ta nu bort isoleringen från trådarnas ändar med sandpapper och anslut varje ledning till varje terminal på batteriet. Grattis! Du har byggt den första komponenten i en motor! För att testa styrkan på din elektromagnet, försök att plocka upp gem eller andra små stålobjekt.

Ferromagnetism

ser tillbaka till början av vårt tankeexperiment, kan magnetfält endast produceras av en ström. Med definitionen av ström som ett flöde av elektroner bör elektroner som kretsar kring en atom skapa en ström och därmed ett magnetfält! Om varje atom har elektroner är allt magnetiskt? Ja! All materia, inklusive grodor, kan uttrycka magnetiska egenskaper när de ges tillräckligt med energi. Men inte all magnetism skapas lika. Anledningen till att jag kan plocka upp skruvar med en refriderator magnent och inte en groda är skillnaden mellan ferromagnetism och paramagnetism. Sättet att skilja de två (och några fler typer) är genom studier av kvantmekanik.

Ferromagnetism kommer att vara vårt fokus, eftersom det är det starkaste fenomenet och är det vi har mest erfarenhet av. Vidare, för att befria oss från att behöva förstå detta på kvantnivå, kommer vi att acceptera att atomer av ferromagnetiska material tenderar att anpassa sina magnetfält med sina grannar. Även om de tenderar att anpassa sig, skapar inkonsekvenser i material och andra faktorer som kristallstruktur magnetiska domäner.

när magnetiska domäner är inriktade i slumpmässig ordning avbryter angränsande fält varandra vilket resulterar i ett icke-magnetiserat material. En gång i närvaro av ett starkt externt fält är det möjligt att justera dessa domäner igen. Genom att anpassa dessa domäner stärker det övergripande fältet och skapar en magnet!

denna omjustering kan vara permanent beroende på fältets styrka. Det här är bra eftersom vi behöver dessa i nästa avsnitt.

permanentmagneter

permanentmagneter beter sig på samma sätt som elektromagneter. Den enda skillnaden är, ja, de är permanenta.

i alla ritningar pekar pilarna bort från Nordpolen och mot Sydpolen. En annan konvention är att använda färgen röd för att representera norr och blå för att representera söder. För att identifiera en magneterpolaritet kan du använda en kompass. Eftersom motsatser lockar, kommer nålen att peka norrut mot magnetens sydpol.

du kan utföra samma experiment med en elektromagnet för att bestämma polariteten.

om du vänder strömmen kan du se hur en elektromagnet kan vända sina poler.

detta är en nyckelprincip för att bygga motorer! Låt oss nu titta på några olika motorer och hur de använder magneter och elektromagneter.