Чем выше ток и чем интенсивнее магнитное поле, тем сильнее сила силы. Полярность положительных и отрицательных клемм батареи не изменяется, она постоянна. Однако, в домашних условиях, разность потенциалов между двумя отверстиями в штепселе меняется на частоту 60 герц. В Нидерландах и в большинстве стран Европы частота составляет 50 герц. Если вы подключите кабель, например лампу накаливания или нагреватель, к вилке в доме, ток будет колебаться с частотой 60 герц. Каждый год, в моем классе электричества и магнетизма, мы делаем конкурс двигателей.

Каждый студент получает конверт с этими простыми материалами: два метра изолированной медной проволоки, два зажима, два толкателя, два магнита и небольшой блок из дерева. Они могут использовать любой инструмент, они могут резать дерево и делать отверстия, но двигатель должен быть сконструирован только с материалом, который находится в конверте. Задача состоит в том, чтобы создать движок, который работает как можно быстрее с этих простых компонентов. Зажимы предназначены для поддержки вращающейся катушки, кабель необходим для сборки катушки, и магниты должны быть расположены так, чтобы они наносили момент силы на катушку, когда ток течет через батарею.

Активируем встроенную защиту

Предположим, что вы хотите участвовать в конкурсе и что, как только вы подключите аккумулятор к катушке, он начнет вращаться по часовой стрелке. Но, к вашему удивлению, катушка не продолжает вращаться. Причина в том, что каждый поворот на пол, момент силы, воздействующий на направление изменения катушки. При обратном, момент силы выступает против вращения по часовой стрелке, и катушка может даже коротко поворачиваться в противоположном направлении. Понятно, что это не то, что мы хотим, чтобы двигатель делал.

Эта проблема может быть решена путем изменения направления тока, проходящего через катушку, каждые пол очереди. Таким образом, момент силы на катушке всегда будет действовать в одном направлении и, следовательно, он может продолжать вращаться в этом направлении. Когда они строят свои двигатели, мои ученики должны столкнуться с неизбежной проблемой обращения вспять момента силы, и некоторые из них сумеют построить то, что мы называем коммутатором, устройство, которое меняет ток каждые пол-оборота.

К счастью, есть очень простое и умное решение этой проблемы без инвертирования тока. Если вы можете сделать текущую отмену каждые пол-оборота, тогда катушка не испытывает никакого момента силы в середине каждого хода, и импульс всегда имеет одно и то же направление во второй половине. Конечным результатом является то, что катушка продолжает вращаться. Почти все студенты легко создают двигатель, который вращается со скоростью около 400 об / мин. Как они могут заставить бобину продолжать вращаться в одном направлении?

Прежде всего, поскольку кабель полностью изолирован, они должны удалить изоляцию с одного конца кабельной катушки так, чтобы она всегда контактировала с клеммой аккумулятора. Другой конец кабеля намного сложнее. Студенты хотят, чтобы ток течет через катушку только в течение половины его вращения; то есть они хотят разбить цепь в середине вращения. Таким образом очистите половину изоляции от этого конца кабеля, так что половина окружности кабеля будет выставлена. В периоды, когда ток останавливается, катушка продолжает вращаться, даже когда на нее не нажимается силовой момент.

Датчики и магнит

Необходимо проверить, чтобы определить, сколько кабеля необходимо снять и решить, какая часть кабеля должна быть выставлена. Затем несколько учеников сказали мне, в чем моя проблема. Когда катушка начинает вращаться со скоростью более нескольких сотен об / мин, она начинает вибрировать на кронштейне, часто нарушая цепь и тем самым нарушая момент силы. Самые опытные ученики придумали, как удерживать катушку на зажимах с куском проволоки на каждом конце, но позволяя ей продолжать вращаться с небольшим трением.

Эта небольшая корректировка, хотя и трудно поверить, позволила им достичь 000 оборотов в минуту! Студенты теряют воображение. Почти во всех двигателях ось вращения горизонтальна, но один построил двигатель, в котором он был вертикальным. Лучше всего добраться до 200 оборотов в минуту. Он был новичком и говорил со мной после урока: Профессор Левин, это легко. Но вам не нужно пытаться создать один из них. Существует еще более простой двигатель, который вы можете сделать за несколько минут, даже с меньшим количеством компонентов: щелочной аккумулятор, небольшой кусок медной проволоки, гипсовый винт и небольшой магнит на диске.

Он называется гомополярным двигателем, и здесь вы можете увидеть пошаговое описание того, как это сделать, и видео двигателя. Как вы знаете, электрический ток, циркулирующий через катушку, создает магнитное поле. Согласно закону Фарадея, это переменное магнитное поле вызывает токи в металлической пластине, называемые паразитными токами, которые, в свою очередь, будут генерировать собственные переменные магнитные поля. Следовательно, будут два магнитных поля: внешний и генерируемый паразитными токами.

По причинам, довольно тонким и слишком техническим, чтобы увидеть здесь, на катушке есть чистая сила отталкивания, достаточная для того, чтобы сделать медведя. Итак, друзья мои Маркос Ханкин и Бил Санфорд, мы упорно работаем, чтобы получить достаточный ток течь, для наших катушек, но в конечном итоге снова и снова расплавления плавкого предохранителя. Но это не остановило нас, как вы можете видеть в видеоролике этого класса, примерно в минуту 47 ½. Электромагнетизм к спасению. Получение женщины к лидерству приводит к довольно хорошей демонстрации - и смешно - но магнитная левитация имеет гораздо более удивительные и гораздо более полезные приложения.

Это основа новых технологий, которые используются в нескольких наиболее любопытных, быстрых и менее загрязняющих формах транспорта в мире. Вероятно, вы слышали о высокоскоростных поездах Маглева. Для многих людей они абсолютно увлекательны, поскольку они сочетают в себе магию невидимых магнитных сил с изящным современным аэродинамическим дизайном, все на чрезвычайно высоких скоростях. Возможно, вы не знали, что «маглев» происходит от магнитной левитации, но то, что вы знаете, состоит в том, что если вы приближаетесь к двум магнитным полюсам, они притягиваются или отталкиваются.

Замечательная идея, на которой основаны магловские поезда, заключается в том, что если вы найдете способ направить эту силу притяжения или отталкивания, вы можете направить поезда на дорожки и потянуть его или надавить на высокую скорость. В типе поезда, который работает электромагнитной подвеской, электромагниты поезда поднимают его магнитным притяжением. Со дна поезда выходит С-образная рука, верхний конец которой прикреплен к поезду, а нижний под дорожкой имеет магниты на своей верхней поверхности, которые поднимают поезд до рельсов, построенных из ферромагнитного материала.