Магнитный двигатель как сделать: 220v.guru

Содержание

Двигатель с поступательно-возвратным движением на управляемых магнитах

Изобретение может найти применение на транспорте и в различных отраслях промышленности взамен используемых электродвигателей. Приведены различные типы двигателей на управляемых магнитах с поступательно-возвратным движением подвижной (приводной) части. При этом количество магнитов и их взаимное расположение определяется, в большей степени, назначением и характеристиками приводного механизма, чем самого двигателя, т.е. двигатель может быть выполнен под решение определенной задачи. Магниты являются приводами в таких двигателях, а управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками регуляторами мощности и скоростью движения его подвижной части. Полезная работа совершается только силой притяжения магнитов, а ее ослабление или полная нейтрализация регулируются величиной импульсов тока, подаваемых на управляющие катушки. Количество энергии подводимое к управляющим катушкам никак не связано с полями магнитов и силовым с ними взаимодействием, т. е. к.п.д. двигателя зависит лишь от материального и конструктивного исполнения ферромагнитных сердечников или, другими словами, он тем выше, чем меньшим количеством затраченной энергии полностью нейтрализуются внешние поля (силы притяжения) магнитов. Форма магнитов не имеет принципиального значения в предлагаемых двигателях.

Изобретение может найти применение на транспорте и в различных отраслях промышленности взамен используемых электродвигателей.

При анализе описаний магнитных двигателей, опубликованных в открытых источниках, можно сделать вывод, что во многих случаях предлагается использовать катушки с сердечниками для силового взаимодействия электромагнитных полей с внешними полями постоянных магнитов (патент на полезную модель RU 45576, 2004 г.).

Таких двигателей предложено множество, но, по сути, все они являются двигателями с электромагнитным приводом. Для них характерны значительные затраты энергии, т.к. их мощность и количество совершаемой полезной работы напрямую зависит от величины тока, подаваемого на катушки электромагнитов.

Подавляющее большинство попыток построить магнитный двигатель исходит из свойств магнитов отталкиваться одноименными полюсами или отталкивании магнита от силовых линий электромагнитного поля. Это вполне естественно, т.к. процессом взаимоотталкивания достаточно не сложно управлять.

Задачей изобретения является построение магнитного двигателя работающего на использовании силы притяжения постоянного магнита и при этом управление этой силой должно быть без прямого воздействия на само поле магнита и без силового с ним взаимодействия, т.е. с наименее возможной затрачиваемой энергией.

Для этого предлагается использовать способ управления внешним полем (силой притяжения) постоянного магнита по заявке RU 2010113699, 2010 г, когда к полюсам постоянных магнитов приставляют управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками.

При отсутствии тока в катушках ферромагнитные сердечники не препятствуют прохождению силовых линий поля и магнитная проницаемость зазора между полюсами магнита определяется только окружающей средой (воздухом), а при его подаче они увеличивают сопротивление в магнитной цепи постоянного магнита из-за насыщенности стали. Условно говоря, они как бы «запирают» магнитное поле внутри самого магнита или являются «выключателями» его внешнего поля (силы притяжения).

В предлагаемом двигателе только магнит является приводом, а управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками регуляторами мощности и скоростью движения подвижной части (приводного механизма). Полезная работа совершается только силой притяжения магнита, а ее ослабление или нейтрализация регулируются величиной импульсов тока, подаваемых на управляющие катушки. При этом максимальная амплитуда токовых импульсов естественно достаточна, когда внешнее поле магнита (сила притяжения) полностью нейтрализовано. Отсюда, к.п.д. такого двигателя тем выше, чем меньшим количеством затраченной энергии мы полностью нейтрализуем внешнее поле (силу притяжения) магнита.

Конструктивные и эксплуатационные характеристики такого двигателя зависят от выбранных магнитов и ферромагнитных сердечников. Количество магнитов и их взаимное расположение определяется в большей степени назначением и характеристиками приводного механизма, т. е. двигатель может быть выполнен под решение определенной задачи.

Существенным признаком является необязательность взаимодействия одного магнита с другим, т.к. использование силы притяжения, а не силы отталкивания, позволяет выполнять подвижную часть двигателя из металлических деталей.

На фиг.1 показан двигатель с одним управляемым магнитом и поступательно-возвратным движением подвижной части.

К полюсам магнита 1 приставлены управляющие катушки 2 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками, соединенные через электрические контакты 4.1-4.3 с параллельно подключенным конденсатором 5 и схемой управления работой электрических контактов 6, подвижная часть 3, возвратная пружина 7.

Логику работы двигателя определяют электрические контакты 4.1-4.3. Они либо подают ток необходимой амплитуды и нужной полярности на управляющие катушки 2, либо закорачивают их на конденсатор 5 с отключенной схемой управления 6. Происходит последовательность циклов управления внешним полем постоянного магнита 1. В первом цикле, когда импульс тока на катушки 2 подан (замкнуты контакты 4.1 и 4.3), сопротивление в магнитной цепи магнита 1 велико из-за насыщенности ферромагнитных сердечников и потенциальная энергия магнитного поля минимальна, т.е. магнит 1 не может притянуть подвижную часть 3 двигателя. Во втором цикле, когда ток с катушек 2 снят (замкнут только контакт 4.1), сопротивление в магнитной цепи определяется только магнитной проницаемостью среды в зазоре магнита 1 и потенциальная энергия магнитного поля максимальна, магнит 1 способен совершить работу, т.е. притянуть подвижную часть 3 двигателя. Конденсатор 5, закороченный несколько позже на катушки 2 (замкнуты контакты 4.1 и 4.2), заряжается, что обеспечивает экономию энергии в последующих циклах работы магнитного двигателя.

При вертикальном исполнении такого двигателя, возвращающей силой для подвижной части 3 может быть сила тяжести.

Так как электрические схемы в рассматриваемых далее двигателях в принципе одинаковы, то покажем схематично их конструктивное построение.

На фиг.2 показан двигатель с двумя управляемыми магнитами и поступательно-возвратным движением подвижной части.

К полюсам магнитов 1.1 и 1.2 приставлены управляющие катушки 2.1 и 2.2 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками (показаны упрощенно), подвижная часть 3, электрические контакты 4.1 и 4.2.

Работа этого двигателя идентична работе двигателя на фиг.1. Импульсы тока через контакты 4.1 и 4.2 попеременно подают на парные управляющие катушки 2.1 и 2.2. Подвижная часть 3 притягивается либо магнитом 1.1, либо магнитом 1.2. При этом к.п.д. двигателя несколько возрастает, т.к. не тратится энергия на преодоление силы противодействия возвращающей пружины и оба такта двигателя становятся рабочими.

На подвижной части с двух сторон можно разместить по генерирующей катушке и обеспечить двигатель самовозобновляемой энергией. Двигатель с генерирующими катушками 8.1 и 8.2 показан на фиг.3.

Двигатель с двумя рабочими тактами можно выолнить на одном управляемом магните (фиг. 4). Подвижная часть в этом случае состоит из двух элементов 3.1 и 3.2, объединенных конструктивно.

На фиг.5 показан двигатель с двумя управляемыми магнитами и бесконечно-поступательным движением подвижной части.

К полюсам магнитов 1.1 и 1.2 приставлены управляющие катушки 2.1 и 2.2 с замкнутыми ферромагнитными сердечниками, подвижная часть 3 представляет собой замкнутую ленту с металлическими брусками 9, расположенными на определенных расстояниях.

Работа этого двигателя идентична работе двигателя на фиг.2. Импульсы тока попеременно подают на управляющие катушки 2.1 и 2.2. При этом металлические бруски 9 притягиваются либо магнитом 1.1, либо магнитом 1.2. Лента 3 совершает бесконечно-поступательное движение в любом из двух направлений в зависимости от режима подачи импульсов тока на управляющие катушки. Количество магнитов может быть n (n>1), в зависимости от условий и характеристик перемещения подвижной части (приводного механизма).

На вал 10 такого механизма можно установить генератор для возобновления потребляемой энергии.

На фиг.6 показан двигатель с двумя управляемыми магнитами и подвижной частью типа «качели». Такой же двигатель можно выполнить и на одном управляемом подковообразном магните.

Если электрические контакты в предлагаемых двигателях (фиг.1-6) конструктивно или механически связать с подвижной частью, то необходимость в схеме управления 6 отпадает.

Вместо электрических контактов возможно применение электронных устройств (транзисторов, тиристоров и т.п.).

Форма магнитов в предлагаемых двигателях не имеет принципиального значения.

1. Двигатель с поступательно-возвратным движением приводного механизма, состоящий из одного, двух или более магнитов, к полюсу или полюсам каждого из которых приставлены управляющие катушки с замкнутыми ферромагнитными сердечниками, и подвижной (приводной) металлической части, совершающей поступательно-возвратное движение между магнитами или полюсами одного магнита в зависимости от режима подачи импульса/ов тока необходимой амплитуды и нужной полярности на управляющие катушки через электрические контакты или электронные устройства (транзисторы, тиристоры и т. п.).

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет схему или устройство управления работой электрических контактов или электронных устройств.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что электрические контакты конструктивно или механически связаны с подвижной частью.

4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что имеет конденсатор для экономии электроэнергии.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что на подвижной части расположены одна или более генерирующие катушки для возобновления энергии.

6. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при использовании одного магнита подвижная часть имеет закрепленную с обратной от магнита стороны пружину.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что при вертикальном исполнении вместо пружины используется сила тяжести.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что магниты расположены вдоль подвижной части, представляющей замкнутую ленту с закрепленными на определенных расстояниях металлическими брусками, которая совершает бесконечно-поступательное движение в любом из двух направлений в зависимости от режима подачи импульсов тока на управляющие катушки.

9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что на валах ленты установлен(ы) генератор(ы) для возобновления энергии.

10. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что подвижная часть имеет центральную ось, и ее концы поочередно притягиваются полюсами магнита/ов («качели») в зависимости от режима подачи импульсов тока на управляющие катушки.

11. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что используют один неподковообразный магнит, а подвижная часть состоит из двух металлических элементов, расположенных со стороны управляющих катушек и объединенных конструктивно.

Статья для тех, кто мечтает изобрести вечный двигатель

Идея создать вечный двигатель, основой которого станет магнит, уже долгие годы не дает покоя человеку. Создание вечного двигателя предполагает достижение 100% КПД и обеспечения долгой работы устройства при минимальной затрате энергии

Реальные перспективы создания вечного двигателя на магнитах

Сегодняшнее общество условно можно разделить на 2 лагеря. Одни верят в возможность создание вечного двигателя, другие – полностью ее отрицают. По версии последних ,невозможно получить энергию из ничего. Однако, они немного заблуждаются. Ведь магнитное поле – это особая материя и ее плотность может быть равна 280 кДж/м³. Именно эта энергия и может послужить основой для создания вечного двигателя. На данный момент мы не имеем в наличии образцов, доказывающих данную теорию. Однако, отрицать возможность создания такого двигателя тоже нельзя. Ведь и по сей день ученые бьются над этим вопросом, рассматривают разработки, патенты.

Антигравитационный магнитный двигатель Лоренца

Всем тем, кто мечтает собрать вечный двигатель сам, следует обратить внимание на разработки Лоренца. В основе его устройства лежит 2 диска с разными зарядами. Диски помещают в магнитный экран полусферической формы из сверхпроводника. Сверхпроводник выталкивает из себя магнитные поля. Чтобы запустить эти диски, требуется принудительно их вращать навстречу друг другу.

«Тестатик» Баумана

Еще одна известная разработка, которую скорее следует назвать магнитным генератором- «тестатик» Баумана. Устройство похоже на самую обыкновенную электростатическую машину. Состоит «Тестатик» из 2-х акриловых дисков с 36 узкими полосками алюминия, наклеенными на них. Диски толкались в противоположные стороны, а после двигатель работал очень продолжительное время. При этом скорость вращения дисков держалось на уровне 60 оборотов в минуту.

Вакуумный триодный усилитель Свита Флойда

Устройство С.Флойда состоит из 2 ферритовых магнитов размерами 10*15*2,5 см и 3 катушек без сердечников. Одна из катушек –рабочая с большим количеством витков, две другие – возбуждающие. Для запуска усилителя требуется обычня батарейка 9В. Данное устройство работает длгое время после запуска и питает себя так же, как автогенератор. Сам Свифт Флойд утверждал, что данная установка при работе вырабатывает напряжение в 120 вольт с частотой 60 Гц, мощность которого достигала 1 кВт.

Роторныйкольцар Лазарева

Очень популярна схема вечного двигателя по проекту Лазарева.

Главное достоинство его разработки в том, что не имея профессионального образования и дорогостоящих деталей, можно собрать вечный двигатель на основе неодимовых магнитов.

Устройство Лазарева – это емкость, которая разделена пористой перегородкой (чаще всего для этого используют специальный керамический диск). Устанавливается трубка и заливается жидкость (бензин спирт, можно использовать обычную воду). Двигатель Лазарева работает следующим образом: жидкость попадает в перегородку вниз емкости, под давлением она поднимается по трубке. Под получившимся раствором размещается колесо с лопастями, на них прикреплены магниты. Благодаря падающим каплям, колесо приходит в движение и образует магнитное поле.

Мотор-колесо Шкондина

Еще один вариант, который можно взять за основу в деле создания вечного двигателя – разработка Шкондина.

Главными частями его устройства являются внешний ротор и статор, состоящий из 11 пар неодимовых магнитов по кругу. Неодимовые магниты образуют 22 полюса. На роторе попарно под углом 120 градусов располагаем 6 дугообразных электромагнитов. Благодаря данной конструкции, образуется крутящийся момент. Неодимовый магнит в данной конструкции имеет огромное значение – образует магнитный полюс во время прохождения электромагнита через оси неодимовых магнитов. КПД изобретения Шкондина составляет 83%. Это не предел совершенства в данном направлении, но убедительный шаг вперед на пути к созданию идеального вечного двигателя.

Экспериментируйте и создавайте свои версии вечных двигателей.

А наши неодимовые магниты помогут сделать Ваше изобретение качественным и недорогим.

Расскажите классу, что электродвигатель — это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Магнетизм играет важную роль в этом процессе. Объясните, что учащиеся собираются построить простой электродвигатель, который они будут использовать в эксперименте для проверки гипотезы. Во-первых, они примут участие в некоторых демонстрациях частей двигателя.

Покажите магниты второго класса. Спросите: Что произойдет, если эти два магнита сблизить? (Магниты будут притягиваться друг к другу противоположными полюсами и отталкиваться друг от друга одинаковыми полюсами.) Продемонстрируйте с помощью магнитов и попросите учащихся изложить свои наблюдения. Объясните, что магниты имеют два полюса, по одному на каждом конце, северный и южный. Когда противоположные полюса (северный и южный) находятся рядом друг с другом, они притягиваются друг к другу. Когда одноименные полюса находятся рядом друг с другом (например, север и север), они отталкиваются друг от друга. Чтобы продемонстрировать, прикрепите один магнит к задней части маленькой игрушечной машинки. Используйте второй магнит, чтобы заставить автомобиль двигаться, удерживая одинаковые полюса рядом друг с другом. Предложите учащимся попробовать сдвинуть машину с помощью магнитов. Спросить: Будет ли машина двигаться, если противоположные полюса держать рядом друг с другом? Пригласите на демонстрацию студента-добровольца.

Продемонстрируйте, что катушка проволоки и гвоздь могут действовать как магнит, когда по проводу проходит электричество. Поднимите гвоздь, чтобы все могли видеть. Спросите: Смогу ли я поднимать скрепки этим гвоздем? Будет ли он действовать как магнит? Поднесите гвоздь к скрепкам, чтобы продемонстрировать, что вы не можете поднять скрепки, используя только гвоздь. Теперь вставьте гвоздь в спираль, которую вы сделали перед уроком. Спросить: Смогу ли я поднять скрепки с помощью гвоздя, теперь, когда он обернут металлической спиралью? Поднесите гвоздь со спиралью к скрепкам, чтобы продемонстрировать, что вы все еще не можете поднять скрепки. Объясните, что вы собираетесь превратить гвоздь и катушку в электромагнит с помощью батарейки.

Следуйте инструкциям в разделе «Настройка», чтобы создать электромагнит перед занятием. В классе поместите батарею типа D в держатель для батареи типа D. Прикрепите один конец провода к каждой из клемм на держателе батареи. Попросите класс предсказать, что произойдет, если вы поднесете гвоздь, свернутый в спираль и подключенный к батарее, рядом со скрепками. Держите гвоздь рядом со скрепками. Объясните, что теперь он поднимает скрепки, потому что вы создали электромагнит, добавив электричество. Гвоздь намагничивается, потому что через катушку протекает электрический ток. Обязательно отсоедините провода от аккумулятора, чтобы он не перегревался.

Объясните, что крутящий момент является мерой силы вращения. Продемонстрируйте крутящий момент для класса. Вызовите добровольца вперед и попросите ученика держать резинку за два конца. Вставьте пластиковую ложку в центр резинки и крутите ее по кругу, пока резинка не станет тугой и перекрученной. Попросите класс предсказать, что произойдет, если вы отпустите ложку. Отпусти ложку. Объясните, что при приложении к резинке скручивающего движения создается сила вращения, называемая крутящим моментом. Крутящий момент можно использовать для питания механических устройств, таких как роботы-манипуляторы и системы мобильности, где шестерни используются для регулирования скорости, с которой применяется этот крутящий момент. Крутящий момент — это также сила вращения, которую вы используете, открывая бутылку газировки или используя гаечный ключ, чтобы ослабить или затянуть гайку.

Скажите классу, что крутящий момент можно создать с помощью сил электричества и магнетизма — притяжения и отталкивания, проявляемых магнитами, свидетелями которых они были ранее. Объясните, что они будут собирать в классе простой двигатель, использующий эти принципы.

Спросите: Как можно использовать движение, создаваемое простым двигателем, для обеспечения движения другого объекта? Напишите предложения учащихся на доске. Продолжайте задавать вопросы, пока предложения не будут сведены к одной проверяемой гипотезе, разработанной всем классом. (Гипотеза представлена в разделе «Советы», если она вам нужна.) Объясните, что учащиеся должны построить простой двигатель, чтобы использовать его в эксперименте для проверки этой гипотезы.

Прежде чем раздавать материалы, скажите учащимся, что они никогда не должны соединять положительный и отрицательный полюсы батареи напрямую друг с другом с помощью провода или чего-либо другого проводящего, так как это создаст короткое замыкание и приведет к выходу батареи из строя. сильно нагреваться и может привести к болевому шоку. Кроме того, попросите студентов немедленно разобрать свой проект, если какая-либо часть станет горячей, а затем сообщить об этом преподавателю.

Разделите учащихся на группы по 2–4 человека. Раздайте каждой группе раздаточный материал «Как построить простой двигатель » и рабочий лист «Научный метод ». Вместе с классом просмотрите шаги из раздаточного материала «Как построить простой двигатель», а затем попросите каждую группу отправить по одному участнику, чтобы собрать предметы, которые потребуются группе для сборки двигателя. Попросите каждую группу заполнить разделы «проблема/вопрос» и «гипотеза» в своем рабочем листе «Научный метод». Учащиеся также записывают информацию о создании своего двигателя в разделе «Процесс». Следите за прогрессом каждой группы по мере их создания. Спроектируйте фотогалерею Build a Simple Motor, в которой при необходимости документируется каждый шаг из раздаточного материала How to Build a Simple Motor. Задавайте вопросы каждой группе и помогайте по мере необходимости.

Когда все группы успешно соберут свои моторы, предложите им поделиться своим опытом с остальным классом. Затем, работая в своих группах, предложите учащимся спланировать эксперимент, используя свою моторику, чтобы проверить гипотезу, выдвинутую классом ранее. Предложите учащимся нарисовать экспериментальную установку в своих группах, подписать свои рисунки и написать полное описание шагов, которые они предпримут, в процедурной части рабочего листа «Научный метод».

Спросите: Что общего у экспериментов? Чем отличались эксперименты? Если позволяет время, устройте демонстрацию, где группы смогут изучить чертежи установки эксперимента других групп. Предложите учащимся представить, как двигатель может приводить в действие более крупные объекты, например робота. (Двигатели обычно используются для обеспечения движения механических структур робота; например, колеса для перемещения робота или рука для взаимодействия с окружающей средой.)

Получите все дополнительные материалы, необходимые для проведения одного или нескольких студенческих экспериментов, и попросите учащихся провести эксперимент и заполнить оставшуюся часть рабочего листа «Научный метод».

Энергетика:
ГС-ПС3-5. Разработайте и используйте модель двух объектов, взаимодействующих через электрические или магнитные поля, чтобы проиллюстрировать силы между объектами и изменения энергии объектов из-за взаимодействия.
Инженерный проект:
МС-ЭТС1-1. Определить критерии и ограничения проблемы проектирования с достаточной точностью, чтобы обеспечить успешное решение, принимая во внимание соответствующие научные принципы и потенциальное воздействие на людей и природную среду, которое может ограничить возможные решения.
Инженерный проект:
МС-ETS1-3. Проанализируйте данные тестов, чтобы определить сходства и различия между несколькими проектными решениями, чтобы определить лучшие характеристики каждого из них, которые можно объединить в новое решение, чтобы лучше соответствовать критериям успеха.
Движение и устойчивость: силы и взаимодействия:
МС-ПС2-5. Проведите исследование и оцените план эксперимента, чтобы получить доказательства существования полей между объектами, воздействующими друг на друга, даже если объекты не находятся в контакте.
Движение и устойчивость: силы и взаимодействия:
ГС-ПС2-5. Спланируйте и проведите исследование, чтобы предоставить доказательства того, что электрический ток может создавать магнитное поле и что изменяющееся магнитное поле может создавать электрический ток.

Соберите и испытайте электромагнит перед уроком. Намотайте 40 см (15 дюймов) изолированного магнитного провода на стальной гвоздь, оставив два конца по 10 см (4 дюйма) отходящими от гвоздя с обоих концов. Используя наждачную бумагу, удалите 2,5 см (1 дюйм) изоляции с каждого конца провода, отходящего от гвоздя. Гвоздь должен легко входить и выходить из катушки, сохраняя при этом хороший контакт с проволокой. Проверьте электромагнит. Поместите батарею типа D в держатель батареи. Прикрепите один конец провода к каждой из клемм, создав цепь. Попробуйте использовать гвоздь, чтобы подобрать маленькие скрепки. По окончании проверки отсоедините провода от аккумулятора и вытащите гвоздь из катушки. Бросьте гвоздь на землю, чтобы размагнитить его перед демонстрацией в классе.

Двигатели преобразуют электрическую энергию во вращательное движение, называемое крутящим моментом. Многие роботы используют крутящий момент, обеспечиваемый двигателями, для вращения колес или для перемещения шарнирных частей рук или ног. Эти двигатели известны как исполнительные механизмы. В простом двигателе, построенном в классе, используется катушка, которая является временным электромагнитом. Эта катушка получает силу, чтобы помочь создать крутящий момент от электрического тока, подаваемого аккумулятором. Магнит-бублик, используемый в двигателе, является постоянным магнитом, что означает, что у него есть северный и южный полюса, которые постоянно находятся на месте. Силы магнетизма и электричества работают вместе, заставляя катушку двигателя вращаться. Полюса постоянного магнита отталкивают одноименные полюса временного магнита, заставляя катушку совершать половинный оборот. После этого первого полуоборота изолированная часть провода (часть, которая не была отшлифована) входит в контакт с предохранительными булавками, и поток электричества останавливается и позволяет гравитации тянуть катушку до тех пор, пока не отшлифуется часть провода. проволока снова соприкасается с предохранительными штифтами. Электричество снова течет, и процесс начинается снова. Мощность двигателя или величина крутящего момента определяется напряжением аккумулятора и длиной провода в катушке; чем больше катушек, тем сильнее магнитное поле, тем больше крутящий момент.

Учащиеся могут использовать iPad/iPhone, чтобы документировать в цифровом виде этапы сборки двигателя и этапы проверки своей гипотезы. Затем фотографии можно аннотировать с помощью приложения для рисования, такого как Skitch. Готовые проекты можно опубликовать в блоге или использовать в качестве мультимедийной презентации при сравнении результатов занятий.

Это задание можно выполнить с младшими школьниками, сместив акцент на магнитные свойства и то, как их можно использовать для создания движения. Выполните только шаги 1–3 задания и дайте учащимся время поэкспериментировать с магнитами после этого.

Чтобы выполнить шаги 5–7 с младшими учащимися, покажите классу предварительно собранный простой двигатель и то, как он работает. Дайте им упрощенное объяснение: катушка вращается, потому что противоположные полюса электромагнита и постоянного магнита притягиваются друг к другу. Сравните это движение с тем, как двигалась машина, когда противоположные стороны магнитов находились близко друг к другу. Работайте всем классом, чтобы выполнить Шаги 5-7.

Оберните концы проволоки вокруг катушки пару раз с противоположных сторон, чтобы скрепить катушку. Оставьте примерно 2 дюйма (5 см) выступающими с каждой стороны катушки и обрежьте все лишнее (щелкните, чтобы увеличить фото ниже).
Используйте перманентный маркер, чтобы покрасить одну сторону одного из выступающих концов в черный цвет. ( Примечание. Очень важно, чтобы ориентация окрашенной стороны соответствовала ориентации, показанной на изображении ниже. Если катушка удерживается в вертикальной плоскости, покрасьте верхнюю половину одного из проводов в черный цвет. )
Теперь переверните чашку правой стороной вверх. Прикрепите один или несколько магнитов к внутренней части чашки, непосредственно под оригинальным магнитом. Это создаст сильное магнитное поле, а также удержит внешний/верхний магнит на месте. Ваш вид на внутреннюю часть чашки должен выглядеть, как на фото ниже (нажмите, чтобы увеличить).
Поместите концы катушки с медной проволокой в держатели, образованные петлями в скрепках. Отрегулируйте высоту канцелярских скрепок так, чтобы при вращении катушки она выходила за пределы магнита примерно на 1/16 дюйма (1,5 мм).
Отрегулируйте катушку и зажимы так, чтобы катушка оставалась сбалансированной и центрированной, свободно вращаясь на зажимах. Хороший баланс важен для правильной работы двигателя. При необходимости обрежьте лишний провод с торчащих концов катушки. (Длина, необходимая для двух концов катушки, зависит от расстояния между держателями скрепки, которое, в свою очередь, зависит от ширины основания используемой вами чашки.)
Убедитесь, что две задние полоски алюминиевой фольги не касаются друг друга. Поставьте аккумулятор на одну из полосок фольги так, чтобы она опиралась на фольгу и соприкасалась с ней. Теперь прикоснитесь другой полоской фольги к другому концу батареи.

Дайте катушке вращение, чтобы она начала вращаться. Если он не крутится сам по себе, убедитесь, что катушка в сборе хорошо сбалансирована при вращении, что эмаль тщательно соскоблена (если вы использовали эмалированную проволоку), что выступающий конец окрашен в черный цвет. маркером, и что катушка и магнит находятся близко друг к другу, но не ударяются друг о друга. Вы также можете попробовать отрегулировать расстояние, разделяющее держатели скрепки: это может повлиять на качество контакта между катушкой и держателями. Возможно, вам придется сжать развернутые концы скрепок, чтобы убедиться, что алюминиевая фольга обеспечивает хороший электрический контакт.

Ток течет через батарею, алюминиевую фольгу и скрепки в проволочную катушку, создавая электромагнит. Одна сторона катушки становится северным полюсом; другой южный полюс. Постоянный магнит притягивает противоположный полюс к катушке и отталкивает одноименный полюс, заставляя катушку вращаться.

Другой способ описать работу двигателя — сказать, что постоянные магниты воздействуют на электрические токи, протекающие по проволочной петле. Когда проволочная петля находится в вертикальной плоскости, силы на верхней и нижней проволоках петли будут направлены в противоположные стороны. Эти противоположно направленные силы создают скручивающую силу, или крутящий момент , на проволочную петлю, заставляющую ее вращаться.

Почему так важно покрасить половину выступающего провода в черный цвет? Предположим, что постоянные магниты установлены северными полюсами вверх. Северный полюс постоянного магнита будет отталкивать северный полюс петлевого электромагнита и притягивать южный полюс. Но как только южный полюс петлевого электромагнита окажется рядом с северным полюсом постоянного магнита, он останется там. Любое нажатие на петлю просто заставит ее раскачиваться вокруг этого положения равновесия.

Окрашивая половину одного конца в черный цвет, вы предотвращаете протекание тока в течение половины каждого вращения. Магнитное поле петлевого электромагнита на этот полуоборот выключено. Когда южный полюс петлевого электромагнита приближается к постоянному магниту, краска отключает электрический ток. Инерция вращающейся катушки проносит ее через пол-оборота мимо изолирующей краски. Когда электрический ток снова начинает течь, скручивающая сила действует в том же направлении, что и раньше. Катушка продолжает вращаться в том же направлении.

Вы можете поэкспериментировать с этим устройством, переключая клеммы на батарее, добавляя батарею или переворачивая магниты. Попробуйте добавить больше магнитов или измените положение магнитов. Смотрите, что происходит!

В этом двигателе скользящий электрический контакт между концами катушки провода и скрепками отключает ток на половину каждого цикла. Такие скользящие контакты известны как коммутаторы 9.0016 . В большинстве электродвигателей постоянного тока используются более сложные коммутаторы, которые меняют направление тока, протекающего по контуру, каждые полпериода. Более сложные двигатели в два раза мощнее описанного здесь двигателя.

Этот двигатель также можно использовать для демонстрации работы генератора. Попробуйте подсоединить концы скрепок к чувствительному гальванометру вместо батарейки. Вращайте катушку и смотрите, регистрируется ли какой-либо ток на счетчике.

Двигатель с поступательно-возвратным движением на управляемых магнитах

Статья для тех, кто мечтает изобрести вечный двигатель

Круглый и круглый с простыми двигателями

Неформальное оценивание

Расширение обучения

Предметы и дисциплины

Цели обучения

Подход к обучению

Методы обучения

Обзор навыков

Связь с национальными стандартами, принципами и практиками

Национальные стандарты научного образования

Научные стандарты нового поколения

Что вам понадобится

Материалы, которые вы предоставите

Требуемая технология

Физическое пространство

Настройка

Группировка

Исходная информация

Предварительные знания

Рекомендованные предыдущие виды деятельности

Словарь

Наконечники и модификации

Мотор в разобранном виде: научная деятельность в области электричества и магнетизма

Инструменты и материалы

Сборка

Действия и уведомления

Что происходит?

Дальше

Похожие закуски

Моторный эффект