Elektromotor tentokrát absolutne jednoduchý

Ivan Baník, Rastislav Baník

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

Príprava a prevedenie: Čo poviete na elektromotor, ktorého rotor sa roztočí pred očami žiakov rovno vo vašich rukách? Jeho zhotovenie je pritom z technického hľadiska jednoduché. Presne takýto exotický elektromotor je znázornený na obr. 1a. Jeho statorom je bežná demonštračná 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 prerušovač prúdu. Prúd prepúšťa cievkou len vtedy, keď jeho magnetické pole pomáha rotácii magnetu fixovaného na osi a neprepúšťa vtedy, keď by magnetické pole cievky rotáciu zbrzďovalo. Je to teda motor, ktorý čerpá z batérie elektrickú energiu len počas polovice obrátky rotora. Os rotora si vyrobíme z kúska ihlice na pletenie. Komerčné ihlice bývajú pokryté izolačnou 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 vďaka tomu dosiahneme potrebný prerušovacíá efekt. Konce rotora - ihlice sú pri demonštrácii zasunuté do otvorov prívodných vodičov, avšak nie na doraz, aby sme ihlicu ními nestláčali. Jeden koniec ihlice má trvalý elektrický kontakt s vodičom. Druhý, voľne ležiaci v dutine vodiča má kontakt len niektorých polohách - keď je os otočená odizolovanou polovicou dole. V tejto polohe musí magnetické pole cievky pôsobiť na magnety rotora vhodným momentom sily čo v najvačšom rozsahu rozsahu uhlov. S tým súvisí potreba správneho nasadenia magnetov na os. Podrobnosti necháme na čitateľa. Otázka je, ako upevniť ferity na os - ihlicu. Objasňuje to dolná časť obrázku (obr. 1b). Pomôžu nám dva krátke kúsky ihlice postavené kolmo na samotnú os v mieste medzi feritmi. Tie zabezpečujú paralelnosť oboch základní feritov. Ferity sa potom osi už držia sami. Nevylučuje sa však danú polohu fixovať „nastálo“ pomocou lepidla. Nie je to však nutné. Pri demonštrácii nášho exotického elektromotora držíme ložiská rotora (horné konce vodičov) bezprostredne v rukách. Os motora môžeme nepatrne nakloniť tak, aby celkom odizolovaný koniec osi bol nižšie. Tak dosiahneme trvalý dotyk odizolovanej časti tohto konca s vodičom. Horný koniec osi má kontakt s vodičom len počas jednej polovice periódy. Otvor vodiča je vačší ako ihlica a tak sa ihlica pri dobrom držaní vodiča dotýka vodiča, len keď je odizolovaná časť obvodu v spodnej časti obvodu. Pri správnom držaní rotora v rukách dosiahne náš motor veľmi slušné obrátky, čo sa prejaví aj akusticky. Zmenou polarity batérie, resp. výmenou prívodov cievky dosiahneme opačný chod motora. V záujme lepších „parametrov“ motora je vhodné vložiť do dutiny cievky železné jadro. K napájaniu opísaného elektromotora možno použiť aj iný jednosmerný zdroj. Prirodzene, že prívodné kontakty rotora sa dajú riešiť aj ináč, bez toho, aby sme ich držali v rukách. Metodický efekt otáčajúceho sa rotora v rukách pedagóga je však podľa nášho názoru vyšší, ako pri použití iného uloženia rotora. Voľbu ponecháme na fyzika-pedagóga.

Vysvetlenie: Z fyzikálneho hľadiska ide o všeobecne známe silové pôsobenie prúdovodiča na magnet.

Poznámka: Realizácie motora v domácich podmienkach: Doma nemáme ani komerčnú cievku z trafo-súpravy, ani vodiče so zdierkami. Motor musí mať inú podobu. Aj tu je viacej možností. Hrnčeková verzia: Na obvod porcelánového hrnčeka (resp. skleného pohára) v blízkosti jeho horného okraja navinieme niekoľko závitov zvončekového drótu a cievka je hotová. Os rotora oprieme o dva protiľahlé okraje hrnčeka tak, aby ferity boli umiestnené blízko stredu horného kruhového prierezu hrnčeka. V miestach, kde je os opretá o hrnček predtým umiestníme dva alobalové prívodné elektrické kontakty. O hrnček ich fixujeme spofa-páskou, alebo navinutými drótmi cievky, alebo gumičkou do vlasov, ktorá obopína obvod hrnčeka. To ostatné je už zrejmé. Prívodné vodiče v podstate ani nepotrebujeme. Stačí, ak vhodne roztvoríme elektródy batérie a nimi sa dotkneme alobalových kontaktov. Ak rotor uvedieme rukou do rotácie vo vhodnom smere, jeho rotácia ďalej už pokračuje vďaka magnetickému silovému pôsobeniu cievky na ferity rotora. Super-zjednodušená verzia: Statorom je samotná 4,5 V batéria v stojatej polohe. Okolo nej je navinutý vodič, reprezentujúci cievku. Stačí zopár závitov zvončekového 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 bočné steny batérie fixované napríklad gumičkami do vlasov, alebo iným spôsobom. Prúd prechádza - podobne ako v predchádzajúcom prípade - osou rotora.

Viazané oscilátory netradične

Potreby: 1. prípad: Galantérska pásová guma 0,5 m, dve vidličky, resp. dva štipce na prádlo, resp. dve umelohmotové obruče (hračky). 2. prípad: Dva valcové ferity, tenká železná tyčka

Príprava a prevedenie: Vlastnosti dvoch viazaných oscilátorov možno demonštrovať aj spôsobom znázorneným na obr. 2. Ako držiak použijeme stoličku, ktorú umiestníme vo vhodnej polohe na stôl. Okolo dvojice nôh stoličky natiahneme uzavretú sľučku galantérskej gumy. Oscilujúcimi telesami, ktoré zavesíme na napnutý gumový pás môžu byť dve vidličky, alebo dva štipce na prádlo (dve perá) resp. dve umelohmotové obruče - hračky. Vidličky sa držia gumového pásu sami. Ak uvedieme do kmitavého pohybu jeden z oscilátorov, kmity sa prenášajú aj na druhý a oba si začnú vymienať energiu. Tesnosť väzby meníme zmenou vzdialenosti oscilátorov na páse, resp. zmenou napätia gumového pásu. Iný prípad viazaných oscilátorov s magnetickou väzbou môžu predstavovať dva valcové ferity, ktoré sa držia železnej tyčinky sami a ktoré môžu kmitať v rovine kolmej na tyčku. Tesnosť magnetickej väzby medzi feritmi meníme zmenou ich vzájomnej vzdialenosti.

Vysvetlenie: Vysvetlenie je všeobecne známe.

Poznámka: Šírku, resp. napätie gumového pásu prispôsobíme masívnosti oscilujúcich telies tak, aby efekt bol čo najvýraznejší. Pokus si môžu vykonať žiaci, resp. študenti aj sami doma, čo pôsobí motivačne.