Elektromotor tentokr�t absolutne jednoduch�

Ivan Ban�k, R. Ban�k

Potreby: cievka 600 z, dva ferity, ihlica na pletenie, vodice so zdierkami, bat�ria 4,5 V.

a

b

Obr. 1

Pr�prava a prevedenie: Co poviete na elektromotor, ktor�ho rotor sa roztoc� pred ocami �iakov rovno vo va�ich ruk�ch? Jeho zhotovenie je pritom z technick�ho hladiska jednoduch�. Presne tak�to exotick� elektromotor je zn�zornen� na obr. 1a. Jeho statorom je be�n� demon�tracn� cievka so 600 z�vitmi, zapojen� do obvodu so 4,5 V bat�riou. Rotor je tvoren� dvoma feritmi umiestnen�mi na osi. Do zn�zornen�ho elektrick�ho obvodu je zapojen� aj os elektromotoru. T� funguje ako preru�ovac pr�du. Pr�d prep��ta cievkou len vtedy, ked jeho magnetick� pole pom�ha rot�cii magnetu fixovan�ho na osi a neprep��ta vtedy, ked by magnetick� pole cievky rot�ciu zbrzdovalo. Je to teda motor, ktor� cerp� z bat�rie elektrick� energiu len pocas polovice obr�tky rotora. Os rotora si vyrob�me z k�ska ihlice na pletenie. Komercn� ihlice b�vaj� pokryt� izolacnou povrchovou vrstvou. Jeden koniec rotora zbav�me izol�cie po celom jeho obvode (Obr. 1b). Na druhom konci odstr�nime izol�ciu len na jednej polovici cel�ho obvodu. A pr�ve vdaka tomu dosiahneme potrebn� preru�ovac�� efekt. Konce rotora - ihlice s� pri demon�tr�cii zasunut� do otvorov pr�vodn�ch vodicov, av�ak nie na doraz, aby sme ihlicu n�mi nestl�cali. Jeden koniec ihlice m� trval� elektrick� kontakt s vodicom. Druh�, volne le�iaci v dutine vodica m� kontakt len niektor�ch poloh�ch - ked je os otocen� odizolovanou polovicou dole. V tejto polohe mus� magnetick� pole cievky p�sobit na magnety rotora vhodn�m momentom sily co v najvac�om rozsahu rozsahu uhlov. S t�m s�vis� potreba spr�vneho nasadenia magnetov na os. Podrobnosti nech�me na citatela. Ot�zka je, ako upevnit ferity na os - ihlicu. Objasnuje to doln� cast obr�zku (Obr. 1b). Pom��u n�m dva kr�tke k�sky ihlice postaven� kolmo na samotn� os v mieste medzi feritmi. Tie zabezpecuj� paralelnost oboch z�kladn� feritov. Ferity sa potom osi u� dr�ia sami. Nevylucuje sa v�ak dan� polohu fixovat "nast�lo" pomocou lepidla. Nie je to v�ak nutn�. Pri demon�tr�cii n�ho exotick�ho elektromotora dr��me lo�isk� rotora (horn� konce vodicov) bezprostredne v ruk�ch. Os motora m��eme nepatrne naklonit tak, aby celkom odizolovan� koniec osi bol ni��ie. Tak dosiahneme trval� dotyk odizolovanej casti tohto konca s vodicom. Horn� koniec osi m� kontakt s vodicom len pocas jednej polovice peri�dy. Otvor vodica je vac�� ako ihlica a tak sa ihlica pri dobrom dr�an� vodica dot�ka vodica, len ked je odizolovan� cast obvodu v spodnej casti obvodu. Pri spr�vnom dr�an� rotora v ruk�ch dosiahne n� motor velmi slu�n� obr�tky, co sa prejav� aj akusticky. Zmenou polarity bat�rie, resp. v�menou pr�vodov cievky dosiahneme opacn� chod motora. V z�ujme lep��ch "parametrov" motora je vhodn� vlo�it do dutiny cievky �elezn� jadro. K nap�janiu op�san�ho elektromotora mo�no pou�it aj in� jednosmern� zdroj. Prirodzene, �e pr�vodn� kontakty rotora sa daj� rie�it aj in�c, bez toho, aby sme ich dr�ali v ruk�ch. Metodick� efekt ot�caj�ceho sa rotora v ruk�ch pedag�ga je v�ak podla n�ho n�zoru vy���, ako pri pou�it� in�ho ulo�enia rotora. Volbu ponech�me na fyzika-pedag�ga.

Vysvetlenie: Z fyzik�lneho hladiska ide o v�eobecne zn�me silov� p�sobenie pr�dovodica na magnet.

Pozn�mka: Realiz�cie motora v dom�cich podmienkach: Doma nem�me ani komercn� cievku z trafo-s�pravy, ani vodice so zdierkami. Motor mus� mat in� podobu. Aj tu je viacej mo�nost�. Hrncekov� verzia: Na obvod porcel�nov�ho hrnceka (resp. sklen�ho poh�ra) v bl�zkosti jeho horn�ho okraja navinieme niekolko z�vitov zvoncekov�ho dr�tu a cievka je hotov�. Os rotora oprieme o dva protilahl� okraje hrnceka tak, aby ferity boli umiestnen� bl�zko stredu horn�ho kruhov�ho prierezu hrnceka. V miestach, kde je os opret� o hrncek predt�m umiestn�me dva alobalov� pr�vodn� elektrick� kontakty. O hrncek ich fixujeme spofa-p�skou, alebo navinut�mi dr�tmi cievky, alebo gumickou do vlasov, ktor� obop�na obvod hrnceka. To ostatn� je u� zrejm�. Pr�vodn� vodice v podstate ani nepotrebujeme. Stac�, ak vhodne roztvor�me elektr�dy bat�rie a nimi sa dotkneme alobalov�ch kontaktov. Ak rotor uvedieme rukou do rot�cie vo vhodnom smere, jeho rot�cia dalej u� pokracuje vdaka magnetick�mu silov�mu p�sobeniu cievky na ferity rotora. Super-zjednodu�en� verzia: Statorom je samotn� 4,5 V bat�ria v stojatej polohe. Okolo nej je navinut� vodic, reprezentuj�ci cievku. Stac� zop�r z�vitov zvoncekov�ho dr�tu. Rotor, ktor� je analogick� ako v predch�dzaj�com pr�pade, je teraz umiestnen� priamo nad hornou plo�inou bat�rie. Jeho os je zasunut� do kruhov�ch otvorov be�n�ch galant�rskych sponiek, ktor� s� o bocn� steny bat�rie fixovan� napr�klad gumickami do vlasov, alebo in�m sp�sobom. Pr�d prech�dza - podobne ako v predch�dzaj�com pr�pade - osou rotora.

Viazan� oscil�tory netradicne

Potreby: 1. pr�pad: Galant�rska p�sov� guma 0,5 m, dve vidlicky, resp. dva �tipce na pr�dlo, resp. dve umelohmotov� obruce (hracky). 2. pr�pad: Dva valcov� ferity, tenk� �elezn� tycka

Obr. 1

Pr�prava a prevedenie: Vlastnosti dvoch viazan�ch oscil�torov mo�no demon�trovat aj sp�sobom zn�zornen�m na obr. 1. Ako dr�iak pou�ijeme stolicku, ktor� umiestn�me vo vhodnej polohe na st�l. Okolo dvojice n�h stolicky natiahneme uzavret� slucku galant�rskej gumy. Osciluj�cimi telesami, ktor� zaves�me na napnut� gumov� p�s m��u byt dve vidlicky, alebo dva �tipce na pr�dlo (dve per�) resp. dve umelohmotov� obruce - hracky. Vidlicky sa dr�ia gumov�ho p�su sami. Ak uvedieme do kmitav�ho pohybu jeden z oscil�torov, kmity sa pren�aj� aj na druh� a oba si zacn� vymienat energiu. Tesnost v�zby men�me zmenou vzdialenosti oscil�torov na p�se, resp. zmenou nap�tia gumov�ho p�su. In� pr�pad viazan�ch oscil�torov s magnetickou v�zbou m��u predstavovat dva valcov� ferity, ktor� sa dr�ia �eleznej tycinky sami a ktor� m��u kmitat v rovine kolmej na tycku. Tesnost magnetickej v�zby medzi feritmi men�me zmenou ich vz�jomnej vzdialenosti.

Vysvetlenie: Vysvetlenie je v�eobecne zn�me.

Pozn�mka: S�rku, resp. nap�tie gumov�ho p�su prisp�sob�me mas�vnosti osciluj�cich telies tak, aby efekt bol co najv�raznej��. Pokus si m��u vykonat �iaci, resp. �tudenti aj sami doma, co p�sob� motivacne.