Inhalt
- Stufen
- Methode 1 Bauen Sie einen einfachen homopolaren Motor
- Methode 2 Einen unabhängigen homopolaren Motor bauen
- Methode 3 Bauen Sie ein magnetohydrodynamisches Antriebssystem auf
Im Jahr 1821 realisierte Michel Faraday ein Experiment mit einer Batterie, einem Magneten und einem elektrischen Draht. Er baute einen einfachen Motor namens "Homopolarmotor", der den Weg für moderne Elektromotoren ebnete. Sie können auch einen homopolaren Motor aus demselben Material herstellen. Sobald Sie gebaut haben, können Sie selbst mehrere Experimente durchführen, um zu verstehen, wie es funktioniert.
Stufen
Methode 1 Bauen Sie einen einfachen homopolaren Motor
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Holen Sie sich das Material. Sie benötigen kein Spezialwerkzeug, um einen homopolaren Motor zu bauen. Sie benötigen lediglich eine Batterie, einen Kupferdraht und einen Neodym-Magneten.- Sie können jede Art von Alkalibatterie verwenden, eine größere Batterie ist jedoch einfacher zu handhaben.
- Schneiden Sie gut zehn Zentimeter Kupferdraht ab. Sie können blankes oder ummanteltes Kabel verwenden. Wenn Sie den ummantelten Draht wählen, müssen Sie auf jeder Seite einen guten aus der Ummantelung entfernen. Sie können sie online oder in Baumärkten bestellen.
- Jeder Neodym-Magnet wird die Arbeit für dieses Experiment erledigen, findet jedoch einen mit einer leitenden Beschichtung. Sie können vernickelte Neodym-Magnete jeder Größe online kaufen.
- Sie benötigen auch eine Gipskartonschraube. So können Sie sehen, wie der Motor läuft. Sobald Sie es waschen, beginnt sich die Schraube zu drehen.
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Setzen Sie den Magneten auf die Schraube. Nehmen Sie den Neodym-Magneten und befestigen Sie ihn am Kopf der Schraube. -
Befestigen Sie die Schraube am Ende der Batterie. Sie können es auf die Seite des gewünschten Stapels legen. Die gewählte Seite beeinflusst nur die Drehrichtung des Motors.- Der einfache Kontaktpunkt zwischen dem Ende der Schraube und der Batterie dient als reibungsarmes Lager. Ein schwererer Magnet verringert auch die Reibung zwischen diesen beiden Punkten.
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Legen Sie den Kupferdraht auf die Batterie. Nimm es und lege es auf die andere Seite des Stapels. Wenn Sie beispielsweise die Schraube auf die erhöhte Seite des Stapels setzen, legen Sie den Faden auf die flache Seite am anderen Ende. -
Beenden Sie den Motor. Legen Sie den Kupferdraht vorsichtig auf die Seite des Magneten. Sie sollten sehen, wie sich der Magnet und die Schraube zu drehen beginnen.- Wenn Sie den Kupferdraht gegen die Kante des Magneten legen, schließen Sie den Stromkreis zwischen den beiden Anschlüssen der Batterie. Strom fließt von einem Ende zum anderen durch die Schraube und den Magneten. Wenn Sie es gegen die Seite des Magneten legen, fließt der Strom durch das Kabel zum anderen Ende der Batterie.
- Ein homopolarer Motor kann sich kontinuierlich drehen, ohne die Richtung des Stroms umzukehren.
- Warten Sie nicht lange, bis sich die Schraube mit hoher Geschwindigkeit zu drehen beginnt. In diesem Moment könnten der Magnet und die Schraube von der Batterie fallen. Seien Sie sehr vorsichtig, wenn Sie mit Magneten und Elektrizität arbeiten.
- Der Kupferdraht könnte sich während des Experiments erwärmen. Halten Sie nicht zu lange Kontakt mit dem Magneten.
Methode 2 Einen unabhängigen homopolaren Motor bauen
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Holen Sie sich das Material. Sie brauchen nur ein paar Dinge, um es zu machen. Sie können das gesamte Material online oder in einem elektronischen Shop finden.- Sie benötigen die folgenden Dinge, um es zu bauen: eine AA-Batterie, zwischen zwei und drei Neodym-Magneten und mehrere Zoll Kupferdraht.
- Möglicherweise benötigen Sie auch eine Schneidezange, um den Kupferdraht zu schneiden.
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Legen Sie die Batterie auf die Magnete. Stapeln Sie sie aufeinander. Legen Sie das flache Ende (die negative Seite) der Batterie auf die Magnete. -
Falte den Kupferdraht. Nehmen Sie einige Zentimeter Kupferdraht und biegen Sie ihn so, dass ein Ende den Magneten und das andere die positive Seite der Batterie berührt.- Sie können den Kupferdraht in verschiedenen Formen biegen, sodass er sich beim Einlegen in den Akku dreht. Symmetrische Formen sind besser geeignet, da sie nicht das Gleichgewicht verlieren, wenn sich der Draht zu drehen beginnt.
- Versuchen Sie, es in eine Herzform zu biegen. Achten Sie beim Zusammenklappen darauf, dass jede Seite gut für den Magneten geeignet ist. Die Markierung auf der Oberseite des Herzens zeigt den Verbindungspunkt auf der positiven Seite der Batterie an.
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Stecken Sie den Draht auf den Motor. Nimm es und lege es auf den Stapel. Solange ein Drahtende die Seite des Magneten und das andere die positive Seite berührt, sollte sich der Draht drehen.- Der Strom im homopolaren Motor fließt in Gegenwart des Magnetfelds. Wenn ein elektrischer Strom durch ein Magnetfeld fließt, erfährt er eine Kraft namens "Lorentz-Kraft". Letzteres ermöglicht es dem Faden, sich um den Stapel zu drehen.
- Der Draht verbindet den Stapel an drei verschiedenen Punkten. Einer dieser Punkte befindet sich am Pluspol und beide Enden des Drahtes befinden sich in der Nähe des Magneten am Minuspol. Der Strom fließt aus dem Pluspol und entlang beider Seiten des Kabels nach unten. Das Magnetfeld drückt den Strom nach außen, wodurch der Draht gedreht wird.
Methode 3 Bauen Sie ein magnetohydrodynamisches Antriebssystem auf
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Holen Sie sich das Material. Sie können Ihren homopolaren Motor verwenden, um den magnetohydrodynamischen Antrieb zu demonstrieren. Der magnetohydrodynamische Antrieb (MHD) ist eine Möglichkeit, mit elektrischem Strom etwas durch eine leitende Flüssigkeit (z. B. Wasser) zu drücken. Sie benötigen folgende Ausrüstung:- ein großer Haufen
- ein starker Neodym-Magnet
- zwei Stücke dicker Kupferdraht
- ein kleiner behälter
- Salz und Pfeffer
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Bereiten Sie das Wasser vor. Gießen Sie ca. 1 cm Wasser in den Behälter. Füllen Sie es nicht vollständig aus. Mischen Sie ein paar Prisen Salz und Pfeffer ein und setzen Sie den Magneten auf.- Die Zugabe von Salz verbessert die Leitfähigkeit des Wassers. Pepper macht es möglich, die Vortriebsarbeit zu sehen.
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Den Faden falten. Falten Sie jedes Ende des Drahtes und halten Sie es auf dem Stapel, wobei Sie einige Zentimeter zwischen den Enden lassen.- Wenn Sie sie gegen den Stapel halten, sollten sie eine Y-Form haben. Achten Sie darauf, dass sich die Spitzen nicht berühren.
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Halten Sie die Drähte auf dem Stapel. Legen Sie einen gegen den Pluspol und den anderen gegen den Minuspol. -
Tauchen Sie die Enden in das Wasser. Legen Sie einen der Drähte in die Mitte des Behälters und den zweiten auf die andere Seite. Sie sollten sehen, dass das Wasser um einen der Drähte zu wirbeln beginnt.- Sie wird wegen der Stärke von Lorentz umziehen. Jeder Draht führt elektrischen Strom. Wenn Sie sie in Salzwasser einweichen, schließen Sie den Stromkreis. Der Strom durchquert das Wasser horizontal von einem Draht zum anderen. Da sich der mit Wasser gefüllte Behälter auf einem Magneten befindet, befindet sich im Wasser ein Magnetfeld, das vom Boden ausgeht und wieder nach oben geht. Wenn der elektrische Strom durch dieses Magnetfeld fließt, bewirkt die Lorentzkraft, dass das Wasser verwirbelt.
- Wenn Sie die Batterie umdrehen, können Sie die Stromrichtung umkehren, und das Wasser dreht sich in die entgegengesetzte Richtung.
- Sie werden mit Wasser und Strom umgehen, weshalb Sie bei diesem Experiment vorsichtig sein müssen.