Gå til hovedindhold

Simpel elektromotor

Elektromotor - Foto: fysikbasen.dk


Formålet med dette forsøg er at demonstrere princippet bag en elmotor. En simpel elektromotor kan laves ud af en magnet, et batteri og lidt kobbertråd. Forsøget er oplagt til byg-selv aktiviteter i en klasse.

 

Teknologi eller teknisk udstyr der bruges i forsøget

Et batteri er en analog lav-teknologi. Det har en negativ og positiv ende. Der løber elektroner fra den negative til den positive ende når batteriet tilsluttes et kredsløb. Alligevel siger vi strømmen går fra plus til minus. Strømmen er forårsaget af kemiske reaktioner inde i batteriet. Læs mere om batteriet her

Inspiration til variable du kan arbejde med i forsøget

Prøv at ændre på antallet af vindinger på din spole. Her er din variabel antal vindinger.

Prøv at ændre på batteriets spænding. Her er din variabel spændingen.


Vejledning til forsøget
 

Materialer du skal bruge

  • Stærk magnet
  • Lakeret tynd kobberledning
  • Afisoleret kobberledning, der er tilstrækkelig tyk til at bære en roterende spole.
  • 1.5-9V Batteri
  • En holder i pap eller plastik (bare den ikke er elektrisk ledende som metal)
  • Hoppekniv

Aktivitetsvejledning

  1. To stykker tykt kobbertråd fastsættes i en holder.
  2. Enderne bukkes sammen til et par kroge, så de kan bære en lille spole.
  3. En spole laves af tynd kobbertråd. Lav spolen med 10-20 vindinger og lad tilledningerne stikke ud til hver sin side. Du kan evt. bruge et cylindrisk batteri til at sno kobbertråden rundt om.
  4. Den ene tilledning afisoleres fuldstændigt ved at skrabe den ren for lak med en hoppekniv.
  5. Den anden tilledning afisoleres kun på den ene side.
  6. Spolen placeres nu i de to bæreelektroder
  7. Magneten places lige under spolen.
  8. Sørg for at afbalancere spolen således, at hvis man skubber til den, så drejer den rundt i lang tid uden at falde til ro.
  9. Sæt nu et batteri til bæreelektroderne og skub til spolen. Spolen kører nu hurtigt rundt.
  10. Det største problem er næsten altid, at man ikke har ordentlig kontakt, så der kan løbe en strøm igennem spolen.

Hvis du har problemer med at få spolen til at dreje rundt kan gøres følgende

  1. Prøv at indsætte et amperemeter i serieforbindelse og drej spolen langsomt rundt.
  2. Undersøg om der overhovedet er ordentlig elektrisk forbindelse.
  3. Hvis der er manglende elektrisk forbindelse kan du skrabe overfladen ren med en hobbykniv. Kobber oxiderer hurtigt, og derfor skal kontakterne ofte skrabes rene med en hobbykniv.
  4. Virker dette heller ikke, kan man flytte lidt rundt på placeringen af spolen i forhold til magneten.
  5. Vend eventuelt spole eller magnet om, og husk at spolen lige skal skubbes i gang.
  6. Vær sikker på at spolen er ordentligt afbalanceret.

Simpel elmotor 1

Holder bestående af kobbertråd sat fast i plastik med to tilhørende spoler.

 

Simpel elmotor 2

Diagram over forsøget set fra siden.

 

Simpel elmotor 3

Billede af simpel elmotor i drift.

Dataopsamling

Prøv at eksperimentere med en variabel du har valgt. Hvordan påvirker den hastigheden hvormed spolen roterer? Kan du beskrive sammenhængen mellem variablen og spolens hastighed?

Kan du komme i tanke om nogen maskiner du kender, der bruger en elmotor?

    Faglig forklaring

    Den korte forklaring på rotationen er: Når spolen kun er afisoleret på den ene side, så vil strømmen tænde og slukke, når spolen drejer rundt. Hvis spolen ligger rigtigt, så skubber magnetfeltet til den, når den vender den ene vej men ikke den anden vej. Dette driver spolen rundt som en elmotor.

    Nu dykker vi lidt dybere: Når strømmen går igennem spolen generer den et magnetfelt igennem spolens plan. Det inducerede magnetfelt påvirkes af kraften fra den stationære magnet. Kraften får spolen til at bevæge sig i en retning så feltet peger i samme retning som det ydre magnetfelt. Spolen har dog stadig momentum når den når dette ligevægts punkt, hvorfor den fortsætter bevægelsen. Hvis tilledningen ikke havde været afisoleret ville der stadig løbe en strøm igennem spolen, som gav den et magnetfelt. Dette magnetfelt ville efter ligevægtspunktets passage nu blive trukket tilbage til ligevægtspunktet, da det peger i modsat retning. Herved ville bevægelsen blive bremset. Dog er tilledningen jo afisoleret og når der ingen strøm er igennem spolen er der ikke noget magnetfelt til at modsætte sig bevægelsen. Spolen har momentum nok til at tage yderligere en halv drejning, hvorefter der igen løber strøm gennem spolen og magnetfeltet igen har en retning, der gør at rotationen fortsætter i samme retning.

    I virkeligheden kan man også lave motoren med begge spolens ledninger fuldstændigt afisolerede (se f.eks. artiklen af Klittnick og Rickard(kilden virker ikke)). Dette kan virke overraskende, da man skulle tro, at de magnetiske kræfter udligner hinanden, så spolen ikke drejer rundt. Dog vil spolen kunne hoppe lidt i de løse bæreelektroder, og derfor vil strømmen også tænde og slukke, når spolen roterer. Til gengæld er motoren slet ikke så effektiv som den model, der er beskrevet ovenover.

    Efter Hans Christian Ørsteds opdagelse i 1820 om, at der var en sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme, fik det videnskabelige miljø travlt med at beskrive sammenhængen. Både Ampere og Biot og Savart formulerede love, der begge leder til en udgave af den populære højrehåndsregel. Kender man strømmens retning i en ledning kan man finde magnetfeltes ved at lade tommelfingeren gå i strømmens retning. Faraday byggede den første elektromotor i 1821, hvorved opdagelsen fik praktisk anvendelse.
    (Det skal lige nævnes at sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme allerede blev påvist i 1802 af Gian Domenico Romagnosi i Italien. Det lader dog ikke til, at nogen i det videnskabelige miljø fik læst avisen, hvor opdagelsen blev trykt.)

    Interessante links

    En beskrivelse af forsøget
    En video af et lignende forsøg
    Endnu en video af et lignende forsøg
    Mystery motor demystified
    Højrehåndsreglen
    Faradays elektromotor

    PIRA DCS: 5K40.10 (Elektricitet og magnetisme: Elektromagnetisk induktion)