ساخت موتور الکتریکی ساده با ایجاد یک میدان مغناطیسی

ستاره | سرویس علوم – چگونه می‌توانیم یک موتور الکتریکی ساخته و از آن استفاده کنیم؟ در این مقاله قصد داریم روش ساخت یک موتور الکتریکی ابتدایی را به شما نشان دهیم. می‌دانیم که انرژی در اشکال مختلفی وجود دارد. برای مثال، می‌توانیم انرژی الکتریکی را با استفاده از دستگاه‌هایی به نام موتور‌های الکتریکی به اعمال مفیدی یا انرژی مکانیکی تبدیل کنیم. موتور‌های الکتریکی به واسطه فعل و انفعالات نیروی الکترومغناطیسی عمل می‌کنند؛ یعنی فعل و انفعالات جریان الکتریکی (جریان الکترون ها) و میدان مغناطیسی، اما چگونه می‌توان یک موتور الکتریکی را ساخت؟ در این مقاله به این پرسش پاسخ خواهیم داد.

 

مواد مورد نیاز ساخت موتور الکتریکی

• باتری D
• کابل ۲۲G عایق بندی شده
• ۲ سوزن دوزندگی فلزی بلند و بزرگ چشم (چشم‌ها باید به اندازه‌ای بزرگ باشند که کابل بتواند آن‌ها را پر کند)
• خمیر مجسمه سازی
• نوار چسب الکتریکی
• یک چاقوی کوچک
• یک آهن ربای گرد کوچک
• نشانگر باریک

 

 

روند ساخت موتور الکتریکی‌

1. می‌توانید کار ساخت این موتور الکتریکی را از مرکز سیم شروع کنید؛ برای این منظور، سیم را ۳۰ مرتبه به دور نشانگر انتخابی خود بپیچید و از محکم شدن آن اطمینان حاصل کنید.
2. سیم پیچی را که با استفاده نشانگر ساخته اید، بکشید تا محکم شود.
3. هریک از سر‌های سیم‌ها را چند مرتبه به دور سیم پیچ بپیچید تا یکدیگر را نگه دارند، سپس سیم را به سمت بیرون بکشید.

 

 

این چیست؟ هدف از این عمل چیست؟

• از یکی از اعضای بزرگتر خانواده بخواهید تا عایق قسمت بالایی هر دو سر سیم را با استفاده از چاقو از آن جدا کند. سیم بی حفاظ شده باید از هر دو طرف به سمت بیرون کشیده شود.

 

 

هر یک از سر‌های سیم‌های متصل به سیم پیچ را از چشم‌های بزرگ سوزن‌ها عبور دهید. در این مرحله سعی کنید سیم پیچ را بدون خم کردن سر‌های سیم، در حد امکان راست نگه دارید.

 

 

• باتری D را روی یک سطح صاف قرار دهید.
• گوشه‌های باتری را با استفاده از مقداری خمیر مجسمه سازی طوری محکم کنید که از جای خود تکان نخورد.
• ۲ گوی کوچک از خمیر مجسمه سازی را برداشته و سر تیز سوزن را پوشش دهید.

سوزن‌ها را به صورت عمودی در کنار ترمینال‌های مثبت و منفی باتری قرار دهید، طوری که گوشه‌های هر یک از سوزن‌ها با یکی از ترمینال‌های باتری تماس داشته باشد.

 

 

• برای کسب اطمینان از ایمنی، سوزن‌ها را با استفاده از نوار الکتریکی به گوشه‌های باتری وصل کنید.

آهن ربای کوچک خود را با استفاده از یک نوار به  گوشه‌های باتری بچسبانید، طوری که در مرکز سیم پیچ و در قسمت پایینی آن قرار گیرد.

 

 

• سیم پیچ خود را یک دور بچرخانید. چه اتفاقی می‌افتد؟ وقتی سیم پیچ را به طور برعکس می‌چرخانید چه اتفاقی می‌افتد؟ در صورت استفاده از یک آهن ربای بزرگتر، یا یک باتری یا سیم بزرگتر چه اتفاقی خواهد افتاد؟

 

نتیجه کار خود را آزمایش کنید

با آزمایش دستگاه دست ساز خود مشاهده خواهیم کرد: وقتی که موتور را به جهت راست بکشیم، به چرخش خود ادامه خواهد داد. اما اگر در ابتدا آن را در جهت مخالف بکشیم، خواهیم دید که موتور قادر به چرخش نیست.

چرا چنین اتفاقی می‌افتد؟

شما از فلز، سوزن‌ها و سیم برای ساخت یک مدار حلقه‌ای بسته استفاده کرده اید. این مدار ساخته شده قادر به حمل جریان الکتریسیته است. جریان به این صورت است که جریان الکتریکی از ترمینال منفی باتری به حرکت درآمده و از طریق مدار به ترمینال مثبت باتری می‌رسد. لازم به ذکر است که جریان الکتریسیته داخل یک مدار بسته به ایجاد میدان مغناطیسی خاص خود نیز می‌پردازد. شما می‌توانید این موضوع را با “اصل دست راست” تعیین کنید. با دست راست یک علامت “انگشت شست” را بسازید، در این حالت علامت به جهت جریان الکتریکی اشاره می‌کند و کمان به وجود آمده توسط دیگر انگشتان بر جهت میدان مغناطیسی دلالت دارد.

در این مورد، جریان از طریق سیم پیچ دست ساز خودتان، که آرماتور موتور خوانده می‌شود، حرکت می‌کند. این جریان، میدان مغناطیسی درون سیم پیچ را که برای تشریح دلیل چرخش سیم پیچ به ما کمک می‌کند، وادار به حرکت می‌کند.

مغناطیس دارای دو قطب شمالی و جنوبی است. فعل و انفعالات شمال – جنوب به همدیگر می‌چسبند و فعل و انفعالات شمال – شمال و جنوب – جنوب یکدیگر را دفع می‌کنند. به دلیل اینکه میدان مغناطیسی ساخته شده با جریان الکتریکی داخل سیم بر آهن ربایی که با نوار به باتری وصل شده است، عمود نیست، دست کم بعضی نقاط سیم میدان مغناطیسی دفع خواهند شد. همین امر موجب می‌شود تا سیم پیچ به چرخش خود ادامه دهد؛ بنابراین چرا باید یکی از سر‌های هر یک از سیم‌ها بی حفاظ سازیم؟

پاسخ این است که ما به راهی برای قطع موقت ارتباط مدار احتیاج داریم، به گونه‌ای که همگام با چرخش سیم پیچ شروع به تپیدن کند. در غیر این صورت، میدان مغناطیسی سیم پیچ مسی با میدان مغناطیسی آهن ربا در یک صف قرار گرفته و از عمل باز می‌ایستد، زیرا هر دو میدان مغناطیسی یکدیگر را جذب و خنثی می‌کنند. روشی که برای ساخت موتور به کار گرفته ایم به نحوی است که هر وقت جریان الکتریسیته از سیم پیچ (که یک میدان مغناطیسی به آن می‌دهد) عبور کند، سیم پیچ در وضعیت آمادگی برای دفع به وسیله میدان مغناطیسی ایستگاه آهن ربا قرار دارد. هر وقت سیم پیچ به صورت فعال دفع نشود (در جریان وقفه‌های ثانیه‌ای دوبخشی که مدار در آن خاموش می‌شود)، نیروی جنبشی آنی تا زمانی که در وضعیت درستی برای کامل کردن مدار، تحریک یک میدان مغناطیسی و دفع شدن مجدد توسط ایستگاه آهن ربا قرار گیرد، آن را حمل می‌کند.

در هنگام حرکت، سیم پیچ می‌تواند تا زمان مرگ باتری به چرخش خود ادامه دهد. دلیل اینکه آهن ربا تنها در یک جهت می‌چرخد این است که چرخش در جهت نادرست موجب نمی‌شود تا میدان‌های مغناطیسی یکدیگر را دفع کنند، بلکه به جذب یکدیگر خواهد انجامید.