Semplici modelli di un motore elettrico

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1 Gira davvero! Semplici modelli di un motore elettrico Maria Dobkowska Zespół Szkół Integracyjnych nr 62 im. Raoula Wallenberga Varsavia, Polonia Arvind Gupta ArvindGuptaToys, India Ariel Majcher The Andrzej Soltan Institute for Nuclear Studies Otwock - Świerk, Polonia Grzegorz F. Wojewoda Zespół Szkół Ogólnokształcących nr 4 Bydgoszcz, Polonia Semplici modelli di un motore elettrico Modelli di facile costruzione di un motore elettrico sono stati mostrati ai festival internazionali di Physics on Stage e Science on Stage che sono stati visitati da insegnanti e divulgatori della fisica e di altre scienze naturali. Desideriamo descrivere la costruzione di alcuni modelli leggermente modificati di un motore elettrico per sviluppare attività che possono rendere le lezioni di fisica molto più interessanti. I modelli possono essere facilmente prodotti da alunni di una scuola media, mentre nelle scuole secondarie i modelli possono incoraggiare gli alunni a un'analisi più approfondita delle forze in azione.

2 Gira davvero! Semplici modelli di motori elettrici Istruzioni (pdf) Film, motore, la prima versione Film, motore, la seconda versione Materiali necessari una batteria (una qualunque delle seguenti: R6, R14 or R20), forbici un piccolo magnete al neodimio; attualmente i magneti al neodimio sono facilmente reperibili e poco costosi; raccomandiamo di comprare dieci/ venti magneti per il vostro laboratorio di fisica (e-bay!), perché possono essere utili per molti interessanti esperimenti e dimostrazioni. Nel caso di un motore con un magnete rotante occorreranno anche: un foglio di alluminio (come quello che si usa in cucina) un magnete piatto in ferrite per tenere fermo il foglio una vite o un chiodo di acciaio e non di ottone carta colorata.

3 Fig. 1: Un set di strumenti necessari per fare un motore con un magnete rotante Nel caso di un motore con un telaio rotante occorreranno anche: filo di rame di diametro tra 0,5 e 1 mm un magnete al neodimio un coltello affilato per spellare il materiale isolante dal filo di rame Fig. 2: Un set di strumenti necessari per fare un motore con un telaio rotante Faremo anche vedere come costruire un motore a corrente continua con una bobina rotante:

4 due spille di sicurezza di dimensioni medie elastici una discreta sezione di filo di rame smaltato 0,25-0,5 mm, un magnete al neodimio. Fig. 3. Un set di strumenti necessari per fare un motore con una bobina rotante Realizzazione: versione con un magnete rotante (M. Dobkowska, A. Majcher) Taglia una striscia dal foglio di alluminio di 3 cm di larghezza e 15 cm di lunghezza. La striscia sarà piegata per il senso della lunghezza per renderla più rigida. Fai una ventola di carta; ti aiuterà a osservare la direzione della rotazione del magnete. Ti suggeriamo di tagliare un cerchio di carta con un diametro di circa 4-5 cm e di intagliare i margini per formare una specie di elica. Fai un piccolo foro al centro del cerchio e infila la ventola nella vite (o nel chiodo) È molto importante che la vite sia di acciaio e non di ottone. Attacca un magnete rotondo al neodimio alla testa della vite (o del chiodo) e la punta della vite a uno dei poli della batteria (per esempio "+"). La batteria dovrà essere tenuta in posizione verticale in mano o fissata a un supporto. La vite rimane attaccata al polo della batteria e non si stacca grazie alla forte interazione magnetica. Fissa una delle estremità della striscia di alluminio contro l'altro polo della batteria ("-"), mentre l'altra estremità verrà a contatto con la parete del magnete sospeso. Questa striscia sarà posta lungo la parete in modo da farla scivolare come una "spazzola" lungo la parete del magnete.

5 Attenzione: la corrente che scorre attraverso una striscia di alluminio può avere un forte amperaggio e l'alluminio può diventare molto caldo. Per questo motivo cerca di fissare con un piccolo magnete di ferrite (come quelli usati nelle lavagne magnetiche) l'estremità della striscia di alluminio che è in costante contatto con il polo della batteria. Questo è tutto. Ora puoi osservare la soddisfazione degli studenti nel vedere un magnete che ruota velocemente. Con un esperimento sul motore fai osservare ai tuoi studenti la direzione di rotazione di un magnete quando si cambia la posizione dei poli in una batteria (quando cioè si cambia la direzione del flusso di corrente) e dei poli in un magnete. La foto sotto mostra il motore assemblato pronto per l'uso: Fig. 4. Motore assemblato con un magnete rotante Clicca qui per vedere un film che mostra l'assemblaggio e l'avvio del motore. Verifica anche cosa accade se si inverte la polarità. Un motore con un telaio rotante (Grzegorz F. Wojewoda) Taglia con le forbici un pezzo di filo di rame lungo circa 40 cm. I fili di rame sono di solito coperti da smalto che funziona come isolante. A metà della sua lunghezza, per circa 8 cm, rimuovi (usando naturalmente le forbici) il materiale isolante. Un filo di rame può essere recuperato da qualsiasi cavo elettrico:

6 Fig. 5: Rimuovere il materiale isolante da un segmento del filo di rame Inizia a costruire il telaio formando un anello. L'anello deve essere fatto nella parte dove è stato rimosso il materiale isolante. Attenzione che le parti del filo di rame non entrino in contatto: Fig. 6: Inizia a dare forma al telaio facendo un anello Poi curva i lati del telaio. Le dimensioni del telaio devono essere tali da essere collocate a circa 0,5 dalla batteria. Curva poi le estremità del telaio in modo da farle scorrere sulla parte superiore della batteria. Con le forbici taglia i fili troppo lunghi:

7 Fig. 7: Telaio completato Fissa il telaio alla batteria con il magnete: Fig. 8: Fase finale dell'assemblaggio Ora puoi vedere il telaio che ruota perché hai creato un modello funzionante di motore elettrico (foto di un motore in moto):

8 Fig. 9: Foto di un motore con telaio rotante Clicca qui per seguire le fasi dell'assemblaggio e l'avvio di un motore elettrico con un telaio di rame rotante. Quando sperimenti il motore, prova a vedere cosa succede se inverti la polarità della batteria o del magnete. Motore a corrente continua con una bobina rotante (A. Gupta) L'assemblaggio del motore inizia con l'avvolgimento della bobina di filo di rame. La bobina dovrebbe avere spire. Troppe spire renderebbero la bobina troppo pesante e poche spire peggiorerebbero il funzionamento del motore. Per avvolgere il filo puoi usare una batteria, come mostrato nella foto sotto, o un altro tubo di diametro simile o un po' più piccolo. Puoi anche usare un dito!

9 Fig. 10: Avvolgimento della bobina Lega le estremità della bobina con attenzione e lasciale rivolte verso l'esterno, come mostrato nella foto: Fig. 11: Finire la bobina Ora rimuovi lo smalto (materiale isolante) dalle estremità della bobina ma solo per metà del diametro, come mostrato nella foto! Se rimuovi del tutto lo smalto e avvii il motore, la bobina subirà un'accelerazione a causa della forza di Lorentz nella prima metà della rotazione e rallenterà nella seconda metà della rotazione. Il motore funzionerà in modo

10 instabile e ruoterà in due direzioni in base alla direzione data alla bobina all'inizio. Immagina un tram che inizi a muoversi avanti e indietro in base alla direzione verso la quale viene spinto. Un motore elettrico a corrente continua è un dispositivo utile nella vita quotidiana, perché offre la possibilità di controllare la direzione di rotazione di un motore. E questo è il tipo di motore che vogliamo costruire. Ricordati di rimuovere lo smalto (materiale isolante) da entrambe le estremità del filo dalla stessa parte! Fig. 12: Rimuovere il materiale isolante Ora fissa le spille di sicurezza e il magnete usando gli elastici, come mostrato nella foto. Inserisci le estremità della bobina negli occhielli delle spille di sicurezza e il motore è pronto!

11 Fig. 13: Assemblaggio del motore. Se la batteria ha un involucro di metallo, l'elastico per mantenere il magnete al suo posto non è necessario. Il nostro motore in funzione! Fig. 14: Il nostro motore in funzione! Se hai un secondo magnete, puoi metterlo sopra la bobina ruotante e vedere se il motore accelera o rallenta. O forse la velocità cambia in base alla posizione dei poli del magnete? Buon divertimento! Fig. 15: Esperimenti con il motore TRADUZIONE FORNITA DA SCIENTIX (www.scientix.eu)

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