A kísérlet célkitűzései: Egyszerű, otthon is megtalálható eszközök segítségével, villanymotort lehet barkácsolni. Az elektromos áram mágneses hatásának gyakorlati alkalmazása, modellalkotás. Eszközszükséglet: tekercsekhez használt kb. 1 mm átmérőjű vezeték 1,5 V-os ceruza elem mágnes ragasztó szalag gémkapocs neodímium mágnes 25-ös reisler csavar 1,5 mm-es rézvezeték olló kúpos fogó 1. ábra Villanymotorunk alkatrészei A mérés elméleti háttere Az elektromos áram mágneses hatását nem csak az elektromágneseknél, hanem a villanymotoroknál is kihasználjuk. Az első elektromos egyenáram által hajtott motort Jedlik Ányos készítette 1895-ben (2. ábra). 2. ábra Jedlik-motor 1. oldal
Jedlik Ányos így írja le találmányának lényegét: mivel a villámdelej a multiplikátor delejes hatása alatt azon helyzetből, amelyben a hossza a multiplikátor huzalainak irányával egyenközű, ott megint nyugvó állapotba jönne, ahol a delej hossza a multiplikátor huzalainak irányával épszöget képez: tehát avégett, hogy azon helyeken meg ne állhasson, hanem forgó mozgásba jöjjön s azt megszakadás nélkül folytassa, a multiplikátor szerkezete úgy módosítandó, hogy a villámdelejen létező huzaltekercsben a villám folyam ellenkező irányúvá változzék ott, ahol a villámdelej hossza a multiplikátor huzalainak irányával épszöget képez. A villámdelejes-forgony állórésze egy tekercs melynek mágneses mezejében fog forogni a forgórész, mely egy vasmagos tekercs. Ennek az a feltétele, hogy fél fordulatonként a forgórészbe n meg kell fordítani az áram irányát. Erre a célra egy higanyt tartalmazó multiplikátort talált ki. Azóta nagyon sokféle villanymotort építettek, működési elveikben és teljesítményükben is nagyon különbözőek. Villanymotor hajtja a trolibuszt, de a kávédarálóban is ez forgatja a kést. A hibrid autókban is található villanymotor a belső égésű motorok mellett. 1. feladat Készítsd el a 3. ábrán látható villanymotort! 3. ábra Egyszerű villanymotor Készítsd el először a motorod forgórészét! A szigetelőfestékkel bevont vezetékből tekerj 8-10 menetet a ceruzaelemre úgy, hogy a vezeték mindkét végén maradjon 3 cm lelógó darab! Húzd le a tekercset az elemről, majd a lelógó vezetékek segítségével fogd össze a meneteket (4. ábra)! Figyelj arra, hogy ezek a kivezetések sugárirányúak legyenek és egy egyenesbe essenek! 2. oldal
Ez lesz a forgórész tengelye. A kész forgórészt fektesd az asztalra, majd a kivezetések felső oldaláról az olló segítségével kapard le a festéket! Az asztal felöli oldalon ne sértsd meg a festéket, mert akkor nem fog működni a motorod! 4. ábra Forgórész A gémkapocsból el kell készíteni az érintkezőket. A fogó segítségével vágd ketté a kiegyenesített kapcsot, majd a végére készíts az ábra szerint egy hurkot! Mielőtt ezeket rögzítenéd a ceruza elem pólusaihoz, ragaszd rá a mágnest az elem közepére! 5. ábra Az érintkezők készítése, rögzítése Ezután ez érintkezők végére egy-egy vályút kell készítened (3. ábra). Úgy alakítsd ki ezt, hogy a forgórész a lehető legközelebb legyen a mágneshez, de forgása közben ne érjen hozzá! Helyezd a vályúba a tekercs tengelyét, majd lökd meg egy kicsit! Ha mindent jól csináltál, akkor forgásba jön a motor. 2. feladat Erős neodímium mágnes segítségével is készíthetsz nagyon egyszerű motorokat. 3. oldal
Neodym szupermágneseket 1980-ban felfedezték fel, ezek a legerősebb permanens mágnesek. Anyaguk neodímiumot, vasat és bórt tartalmaz. Egészen magas, kb. 250 C-os környezeti hőmérsékletig használhatók, de törékenyek, és korrodálnak. A törékenységükre jellemző, hogy attól is elpattanhatnak, ha két mágnes egymáshoz csapódik az ellentétes pólusaik közötti vonzás hatására. (A kísérletezés közben figyeljünk arra, hogy ne sérüljenek meg a mágnesek.) A környezeti korrózió ellen úgy védik a mágnest, hogy nikkelbevonattal látják el, ezért fényes kívülről a mágnes. Az 1,5 mm-es réz vezetékről távolítsd el a műanyag szigetelést, majd a fogó segítségével készítsd el a 6. ábrán látható forgórészt! Ennek méretezésénél arra figyelj, hogy a forgórész talpa a mágnesig leérjen, és forgás közben hozzá is érjen ahhoz. 6. ábra 7. ábra Miért jön forgásba a motor?... 3. feladat A következő motor forgórésze maga a mágnes lesz. Helyezd a reisler csavart a mágnesre, majd a csavar hegyét érintsd hozzá az elem pozitív pólusához! A mágneses megosztás miatt a csavar is mágnesként fog viselkedni. Bár nagyon kis felületen érintkezik a csavar az elemmel, de mivel erős mágnesről van szó, így is megtartja saját magát. Ha nem elég hosszú a csavar, akkor a mágnes felugrik az elemhez. 4. oldal
Szorítsd hozzá a negatív pólushoz a vezeték egyik végét, majd a másikat érintsd hozzá a mágneshez. Motorod gyorsan forogni kezd. Hogyan tudod megmagyarázni a látottakat?... Most fordítsd meg a mágnes pogácsádat, a másik oldalára illeszd a csavart. Ismételd meg a kísérletet! Mit tapasztalsz? Mi a magyarázata ennek?... Az ismeretek ellenőrzése: 1. Mi hozhat létre mágneses mezőt? 2. Milyen hatásai vannak az elektromos egyenáramnak? 3. Mágneses mezőben lévő áramjárta vezetékre erő hat. Milyen tényezők befolyásolják az erő nagyságát és irányát? 4. Gyakran a motorok forgórésze egy vasmagos tekercs. Miért használnak vasmagot? 5. Mit értünk mágneses megosztás alatt? 5. oldal