Pradědeček elektromotor 2

V první části našeho „miniseriálu“ o předchůdcích dnešních elektromotorů jsme věnovali pozornost samotným počátkům elektromagnetismu (http://3pol.cz/1135‑pradedecek‑elektromotor). První objevy, dokazující vztah mezi elektřinou a magnetismem, jsou spojeny se jmény M. Faradaye, Ch. Oersteda, A. Ampéra a dalších fyziků. Podstata funkce každého elektromotoru totiž spočívá ve vzájemném působení magnetického pole a elektrického proudu, procházejícího vodičem. Bylo tomu tak i u prvního Faradayova „elektromotoru“ – silné magnetické pole v něm uvádělo do kruhového pohybu rtuť, kterou procházel proud. V našem modelu jsme nebezpečnou rtuť nahradili vodivým roztokem kuchyňské soli. Pohyb roztoku jsme pozorovali nepřímo, pomocí lehoučkých zrníček mletého pepře.

Dnes se podrobněji podíváme na různé varianty tzv. homopolárních elektromotorků.
Jeho princip byl známý už v první polovině 19. století.

Základní verze je popsána v článku „Nejjednodušší elektromotor“, který najdete na adrese www.3pol.cz/cz/rubriky/navody-na-pokusy/911-nejjednodussi-elektromotor. K jednomu pólu monočlánku nebo tužkové baterie přilepíme kouskem samolepicí pásky konec tenkého odizolovaného měděného drátku. K hlavičce tenkého ocelového vrutu přiložíme válcový neodymový magnet a špičku takto zmagnetovaného vrutu „zavěsíme“ do středu druhého pólu monočlánku. Když se opačným koncem drátku jemně dotkneme magnetu, začne obvodem procházet poměrně silný proud a zavěšený vrut se začne docela svižně otáčet.

Problém nastane v okamžiku, kdy se chceme pochlubit spolužákům a budeme jim činnost činnost motorku demonstrovat například v hodině fyziky. Chvějící se rukou přidržujeme ve svislé poloze článek se zavěšeným vrutem, druhou se snažíme jemně dotknout magnetu, současně musíme hlídat správnou polohu špičky vrutu. Navíc podvědomě tušíme, že spolužáci se už škodolibě těší, až dojde k nějaké závadě a nic se točit nebude. Pro zvýšení spolehlivosti doporučujeme zhotovit ze silnější lepenky jednoduchý stojánek pro uložení monočlánku. V podstatě se jedná o „krabičku“ bez přední stěny, na horní ploše je výřez pro kladný pól monočlánku. Ke zvýšení stability článku je vhodné kolem něho nalepit několik lepenkových či překližkových zarážek. Při demonstrování tohoto vylepšeného motorku se můžeme soustředit jen na udržování stálého kontaktu mezi koncem drátku a magnetem. Rotaci vrutu zviditelníme „praporkem“ z kousku samolepicí pásky.

Další typ motorku je robustnější a ještě spolehlivější. Jako podstavec jsme použili ocelový váleček, na kterém je postavený monočlánek s magnetem přichyceným k zápornému pólu. Z odizolovaného měděného vodiče jsme zhotovilije obdélník s obloukovitě vytvarovanými kontakty a špičkou uprostřed protější strany. Drátěný obdélník je špičkou položený na kladný pól baterie a jeho kontakty se lehce dotýkají protějších stran válcového magnetu. Pro bezproblémový chod motorku doporučujeme udělat hřebíkem do horní plošky kladného pólu malou prohlubeň pro hrot.

Ani touto úpravou nemusí skončit vaše konstruktérské kreace. Z učiva o elektřině jistě dobře znáte Ohmův zákon. Ten říká, že procházející proud je nepřímo úměrný odporu vodiče neboli I = U/R. V našem případě je vodič, spojující póĺ monočlánku a magnet, velmi krátký a má tudíž velmi malý odpor. Vodičem prochází značný proud a monočlánek (a tím spíš tužková baterie) se poměrně brzy vybije. Ke zvýšení životnosti článku by bylo třeba zvětšit odpor vodiče; toho můžeme dosáhnout jeho prodloužením.

Vyzkoušeli jsme variantu se sníženou spotřebou a doporučujeme ji k využití. Vodič tvoří malé cívky, navinuté na rámečku z tenkého kartonu. Do horní části rámečku vlepíme hřebíček, sloužící jako kontakt s kladným pólem. I v tomto případě udělejte pro lepší spolehlivost do kladného pólu malou prohlubeň.

Jako inspirace pro stavbu ještě dokonalejších či kurióznějších homopolárních elektromotorků výborně poslouží prohlídka videí na portálu http://www.youtube.com". Zadejte například klíčová slova „homopolar motor“ a budete překvapeni tou záplavou různých nápadů!

Fyzikální poznámka:
Princip homopolárního motorku je založen na působení magnetického pole na vodič s proudem. Využívá se toho, že povrchovou vrstvou neodymového magnetu může procházet elektrický proud. Magnet zde tedy plní dvě funkce – vytváří magnetické pole a současně vodivě spojuje jeden pól monočlánku s druhým. Výsledkem je rotace magnetu a vrutu (1. typ), nebo rotace vodivého rámečku (2. a 3. typ). Směr otáčení magnetu nebo vodiče určíte pomocí starého dobrého Flemingova pravidla levé ruky, které znáte z hodin fyziky:

„Položíme levou ruku na vodič tak, aby indukční čáry B vstupovaly do dlaně a natažené prsty ukazovaly směr proudu I. Vychýlený palec ukazuje směr působící síly F“