1821 baute Michael Faraday einen einfachen homopolaren Motor aus einer Batterie, einem Magneten und einem Draht, der den Weg für den modernen Elektromotor ebnete. Mit den gleichen Materialien können Sie Ihren eigenen homopolaren Motor bauen und einige Experimente ausprobieren, um der Physik bei der Arbeit zuzusehen!
Schritte
Methode 1 von 3: Aufbau eines einfachen homopolaren Motors
Schritt 1. Sammeln Sie Ihre Materialien
Sie benötigen kein spezielles Werkzeug, um einen homopolaren Motor herzustellen. Alles, was Sie brauchen, ist eine Batterie, ein Stück Kupferdraht und ein Neodym-Magnet.
- Sie können jede Art von Alkalibatterie verwenden, aber eine größere Batterie wie eine C-Zelle ist einfacher zu halten.
- Holen Sie sich ein paar Zentimeter Kupferdraht. Sie können blanken Draht oder isolierten Draht verwenden. Wenn Sie isolierten Draht verwenden möchten, entfernen Sie an jedem Ende einen Teil der Isolierung. Kupferdraht finden Sie online oder in den meisten Baumärkten.
- Jeder Neodym-Magnet sollte für dieses Experiment den Zweck erfüllen, aber suchen Sie nach einem mit einer leitfähigen Beschichtung. Sie können vernickelte Neodym-Magnete in verschiedenen Größen online kaufen.
- Sie benötigen auch eine Trockenbauschraube. Die Schraube lässt Sie den Motor in Aktion sehen. Sobald Sie den Motor erfolgreich konstruiert haben, dreht sich die Schraube.
Schritt 2. Setzen Sie den Magneten auf die Schraube
Nehmen Sie den Neodym-Magneten und befestigen Sie ihn am Kopf der Trockenbauschraube.
Schritt 3. Befestigen Sie die Schraube an einem Ende des Akkus
Sie können die Spitze der Schraube auf beiden Seiten des Akkus anbringen. Die von Ihnen gewählte Seite bestimmt, in welche Richtung sich Ihr Motor dreht.
Der einzige Kontaktpunkt zwischen der Schraubenspitze und der Batterie dient als reibungsarmes Lager. Ein schwererer Magnet verringert die Reibung zwischen diesen beiden Punkten
Schritt 4. Legen Sie den Kupferdraht auf die Batterie
Nehmen Sie Ihren Kupferdraht und halten Sie ihn an das andere Ende der Batterie. Wenn Sie beispielsweise Ihre Schraube am Knopfende der Batterie angebracht haben, halten Sie den Kupferdraht an das flache Ende.
Schritt 5. Vervollständigen Sie den Motor
Legen Sie das freie Ende des Kupferdrahts vorsichtig an die Seite des Magneten. Der Magnet und die Schraube sollten sich zu drehen beginnen.
- Wenn Sie den Kupferdraht an der Seite des Magneten platzieren, schließen Sie den Stromkreis zwischen den Batteriepolen. Der Strom fließt von einem Ende der Batterie, die Schraube hinunter und in den Magneten. Indem Sie den Draht an der Seite des Magneten berühren, können Sie den Strom weiter durch den Draht und in das andere Ende der Batterie fließen lassen.
- Ein homopolarer Motor kann sich kontinuierlich drehen, ohne dass die Stromrichtung umgekehrt werden muss.
- Es dauert nicht lange, bis sich die Schnecke bei hohen Drehzahlen dreht. Sowohl die Schraube als auch der Magnet könnten leicht von der Batterie fliegen. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie mit Magneten und Elektrizität arbeiten.
- Es ist möglich, dass sich der Draht bei diesem Experiment erwärmt. Halten Sie den Draht nicht für längere Zeit an den Magneten.
Methode 2 von 3: Einen freistehenden homopolaren Motor herstellen
Schritt 1. Sammeln Sie Ihre Vorräte
Sie brauchen nur ein paar Dinge, um einen freistehenden homopolaren Motor zu bauen. Sie sollten in der Lage sein, alles, was Sie brauchen, online oder in Ihrem örtlichen Baumarkt zu finden.
- Sie benötigen die folgenden Materialien, um Ihren Motor herzustellen: 1 AA-Batterie, 2-3 Neodym-Magnete und mehrere Zentimeter Kupferdraht.
- Möglicherweise benötigen Sie auch einen Drahtschneider oder eine Zange, um den Kupferdraht zu bearbeiten.
Schritt 2. Legen Sie die Batterie auf die Magnete
Stapeln Sie Ihre Magnete zusammen, um einen Stand zu machen. Legen Sie die flache oder negative Seite der Batterie auf die Magnete.
Schritt 3. Biegen Sie Ihren Kupferdraht
Nehmen Sie mehrere Zentimeter Kupferdraht und biegen Sie ihn so, dass ein Ende den Magneten berührt und ein Ende die positive Seite der Batterie berührt.
- Sie können Ihren Kupferdraht in verschiedene Formen biegen, die sich drehen, wenn sie auf die Batterie gelegt werden. Symmetrische Formen funktionieren am besten, damit das Spinnen den Draht nicht aus dem Gleichgewicht bringt.
- Versuchen Sie, Ihren Draht in eine Herzform zu biegen. Wenn Sie die Herzform formen, biegen Sie jedes Ende des Kupferdrahts so, dass sie um den Magneten passen. Die Vertiefung oben im Herzen ist der Verbindungspunkt zum positiven Ende der Batterie.
Schritt 4. Legen Sie den Draht über den Motor
Nehmen Sie Ihren Draht und legen Sie ihn über die Batterie. Solange ein Drahtabschnitt die Seite des Magneten berührt und ein Drahtabschnitt die positive Seite der Batterie berührt, sollte sich Ihr Draht drehen.
- Der Strom in diesem homopolaren Motor fließt in Gegenwart eines Magnetfelds. Wenn ein Strom in einem Magnetfeld fließt, erfährt er eine sogenannte Lorentzkraft. Die Lorentzkraft bewirkt, dass sich der Draht um die Batterie dreht.
- Das Kabel ist an drei Punkten mit der Batterie verbunden. Ein Punkt des Drahtes befindet sich am Pluspol und die beiden Enden des Drahtes befinden sich in der Nähe des Magneten am Minuspol. Der Strom fließt aus dem Pluspol und auf beiden Seiten des Drahtes hinunter. Das Magnetfeld drückt den Strom nach außen, wodurch die Drähte rotieren.
Methode 3 von 3: Aufbau eines magnetohydrodynamischen Antriebssystems
Schritt 1. Sammeln Sie Ihre Vorräte
Sie können Ihren homopolaren Motor verwenden, um einen magnetohydrodynamischen (MHD) Antrieb zu demonstrieren. Der MHD-Antrieb ist ein Mittel, um mit elektrischem Strom etwas durch Wasser zu drücken. Für dieses Experiment benötigen Sie Folgendes:
- 1 C-Zellen-Akku
- 1 starker Neodym-Magnet
- 2 Stück dicker Kupferdraht
- Ein kleines Gericht
- Salz und Pfeffer
Schritt 2. Bereiten Sie das Wasser vor
Gießen Sie etwa 0,25 bis 0,5 Zoll (0,6 bis 1,3 cm) Wasser in die Schüssel. Füllen Sie die Schüssel nicht vollständig. Rühren Sie ein paar Spritzer Salz und Pfeffer ein und stellen Sie die Schüssel auf den Magneten.
Die Zugabe von Salz verbessert die Leitfähigkeit des Wassers. Durch das Hinzufügen von Pfeffer können Sie den Antrieb bei der Arbeit sehen
Schritt 3. Biegen Sie den Draht
Biegen Sie jedes Stück Draht so, dass die gegenüberliegenden Enden nur wenige Zentimeter voneinander entfernt sind, wenn Sie die Drähte an die Batterie halten.
Wenn Sie den Kupferdraht an die Batterie halten, sollten die Drähte fast eine "Y" -Form bilden. Achten Sie darauf, dass sich die Enden des Drahtes nicht berühren
Schritt 4. Halten Sie die Drähte an die Batterie
Halten Sie einen Draht gegen die positive Seite der Batterie und ein Ende gegen die negative Seite der Batterie.
Schritt 5. Stecken Sie die freien Enden des Drahtes in die Wasserschale
Legen Sie einen Draht in die Mitte der Schüssel und den anderen an den Rand der Schüssel. Sie sollten sehen, wie das Wasser um einen der Drähte herumwirbelt.
- Das Wasser bewegt sich aufgrund der Lorentzkraft. Jeder Draht führt einen elektrischen Strom. Wenn Sie die Drähte in das Salzwasser tauchen, schließen Sie den Stromkreis. Der Strom bewegt sich horizontal durch das Wasser, von einem Draht zum anderen. Da die Wasserschale auf einem Magneten sitzt, bewegt sich ein Magnetfeld nach oben durch das Wasser. Wenn sich der elektrische Strom durch das Magnetfeld bewegt, bewirkt die Lorentzkraft, dass sich das Wasser dreht.
- Wenn Sie die Batterie umdrehen, können Sie die Stromrichtung umkehren und das Wasser dreht sich in die entgegengesetzte Richtung.
- Sie haben es mit Wasser und Strom zu tun, seien Sie also vorsichtig, wenn Sie dieses Experiment durchführen.
