Elektromotor tentokrát absolutne jednoduchý

Ivan Baník, R. Baník

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

a

b

Obr. 1

Príprava a prevedenie: Co poviete na elektromotor, ktorého rotor sa roztocí pred ocami žiakov rovno vo vašich rukách? Jeho zhotovenie je pritom z technického hladiska jednoduché. Presne takýto exotický elektromotor je znázornený na obr. 1a. Jeho statorom je bežná demonštracná cievka so 600 závitmi, zapojená do obvodu so 4,5 V batériou. Rotor je tvorený dvoma feritmi umiestnenými na osi. Do znázorneného elektrického obvodu je zapojená aj os elektromotoru. Tá funguje ako prerušovac prúdu. Prúd prepúšta cievkou len vtedy, ked jeho magnetické pole pomáha rotácii magnetu fixovaného na osi a neprepúšta vtedy, ked by magnetické pole cievky rotáciu zbrzdovalo. Je to teda motor, ktorý cerpá z batérie elektrickú energiu len pocas polovice obrátky rotora. Os rotora si vyrobíme z kúska ihlice na pletenie. Komercné ihlice bývajú pokryté izolacnou povrchovou vrstvou. Jeden koniec rotora zbavíme izolácie po celom jeho obvode (Obr. 1b). Na druhom konci odstránime izoláciu len na jednej polovici celého obvodu. A práve vdaka tomu dosiahneme potrebný prerušovacíá efekt. Konce rotora - ihlice sú pri demonštrácii zasunuté do otvorov prívodných vodicov, avšak nie na doraz, aby sme ihlicu ními nestlácali. Jeden koniec ihlice má trvalý elektrický kontakt s vodicom. Druhý, volne ležiaci v dutine vodica má kontakt len niektorých polohách - ked je os otocená odizolovanou polovicou dole. V tejto polohe musí magnetické pole cievky pôsobit na magnety rotora vhodným momentom sily co v najvacšom rozsahu rozsahu uhlov. S tým súvisí potreba správneho nasadenia magnetov na os. Podrobnosti necháme na citatela. Otázka je, ako upevnit ferity na os - ihlicu. Objasnuje to dolná cast obrázku (Obr. 1b). Pomôžu nám dva krátke kúsky ihlice postavené kolmo na samotnú os v mieste medzi feritmi. Tie zabezpecujú paralelnost oboch základní feritov. Ferity sa potom osi už držia sami. Nevylucuje sa však danú polohu fixovat "nastálo" pomocou lepidla. Nie je to však nutné. Pri demonštrácii nášho exotického elektromotora držíme ložiská rotora (horné konce vodicov) bezprostredne v rukách. Os motora môžeme nepatrne naklonit tak, aby celkom odizolovaný koniec osi bol nižšie. Tak dosiahneme trvalý dotyk odizolovanej casti tohto konca s vodicom. Horný koniec osi má kontakt s vodicom len pocas jednej polovice periódy. Otvor vodica je vacší ako ihlica a tak sa ihlica pri dobrom držaní vodica dotýka vodica, len ked je odizolovaná cast obvodu v spodnej casti obvodu. Pri správnom držaní rotora v rukách dosiahne náš motor velmi slušné obrátky, co sa prejaví aj akusticky. Zmenou polarity batérie, resp. výmenou prívodov cievky dosiahneme opacný chod motora. V záujme lepších "parametrov" motora je vhodné vložit do dutiny cievky železné jadro. K napájaniu opísaného elektromotora možno použit aj iný jednosmerný zdroj. Prirodzene, že prívodné kontakty rotora sa dajú riešit aj inác, bez toho, aby sme ich držali v rukách. Metodický efekt otácajúceho sa rotora v rukách pedagóga je však podla nášho názoru vyšší, ako pri použití iného uloženia rotora. Volbu ponecháme na fyzika-pedagóga.

Vysvetlenie: Z fyzikálneho hladiska ide o všeobecne známe silové pôsobenie prúdovodica na magnet.

Poznámka: Realizácie motora v domácich podmienkach: Doma nemáme ani komercnú cievku z trafo-súpravy, ani vodice so zdierkami. Motor musí mat inú podobu. Aj tu je viacej možností. Hrnceková verzia: Na obvod porcelánového hrnceka (resp. skleného pohára) v blízkosti jeho horného okraja navinieme niekolko závitov zvoncekového drótu a cievka je hotová. Os rotora oprieme o dva protilahlé okraje hrnceka tak, aby ferity boli umiestnené blízko stredu horného kruhového prierezu hrnceka. V miestach, kde je os opretá o hrncek predtým umiestníme dva alobalové prívodné elektrické kontakty. O hrncek ich fixujeme spofa-páskou, alebo navinutými drótmi cievky, alebo gumickou do vlasov, ktorá obopína obvod hrnceka. To ostatné je už zrejmé. Prívodné vodice v podstate ani nepotrebujeme. Stací, ak vhodne roztvoríme elektródy batérie a nimi sa dotkneme alobalových kontaktov. Ak rotor uvedieme rukou do rotácie vo vhodnom smere, jeho rotácia dalej už pokracuje vdaka magnetickému silovému pôsobeniu cievky na ferity rotora. Super-zjednodušená verzia: Statorom je samotná 4,5 V batéria v stojatej polohe. Okolo nej je navinutý vodic, reprezentujúci cievku. Stací zopár závitov zvoncekového drótu. Rotor, ktorý je analogický ako v predchádzajúcom prípade, je teraz umiestnený priamo nad hornou plošinou batérie. Jeho os je zasunutá do kruhových otvorov bežných galantérskych sponiek, ktoré sú o bocné steny batérie fixované napríklad gumickami do vlasov, alebo iným spôsobom. Prúd prechádza - podobne ako v predchádzajúcom prípade - osou rotora.

Viazané oscilátory netradicne

Potreby: 1. prípad: Galantérska pásová guma 0,5 m, dve vidlicky, resp. dva štipce na prádlo, resp. dve umelohmotové obruce (hracky). 2. prípad: Dva valcové ferity, tenká železná tycka

Obr. 1

Príprava a prevedenie: Vlastnosti dvoch viazaných oscilátorov možno demonštrovat aj spôsobom znázorneným na obr. 1. Ako držiak použijeme stolicku, ktorú umiestníme vo vhodnej polohe na stôl. Okolo dvojice nôh stolicky natiahneme uzavretú slucku galantérskej gumy. Oscilujúcimi telesami, ktoré zavesíme na napnutý gumový pás môžu byt dve vidlicky, alebo dva štipce na prádlo (dve perá) resp. dve umelohmotové obruce - hracky. Vidlicky sa držia gumového pásu sami. Ak uvedieme do kmitavého pohybu jeden z oscilátorov, kmity sa prenášajú aj na druhý a oba si zacnú vymienat energiu. Tesnost väzby meníme zmenou vzdialenosti oscilátorov na páse, resp. zmenou napätia gumového pásu. Iný prípad viazaných oscilátorov s magnetickou väzbou môžu predstavovat dva valcové ferity, ktoré sa držia železnej tycinky sami a ktoré môžu kmitat v rovine kolmej na tycku. Tesnost magnetickej väzby medzi feritmi meníme zmenou ich vzájomnej vzdialenosti.

Vysvetlenie: Vysvetlenie je všeobecne známe.

Poznámka: Sírku, resp. napätie gumového pásu prispôsobíme masívnosti oscilujúcich telies tak, aby efekt bol co najvýraznejší. Pokus si môžu vykonat žiaci, resp. študenti aj sami doma, co pôsobí motivacne.