Ένας ηλεκτρομαγνητικός γερανός είναι ένας γερανός που χρησιμοποιεί τη σύνδεση μεταξύ ηλεκτρικής ενέργειας και μαγνητισμού για να παράγει τη δύναμη που απαιτείται για την ανύψωση βαρέων αντικειμένων. Ο σύνδεσμος μεταξύ ηλεκτρικής ενέργειας και μαγνητισμού είναι ένα εξαιρετικό θέμα για επιστημονικά έργα, ακόμη και αν υπάρχει πλήρης ηλεκτρικός γερανός Το έργο είναι λίγο πολύ πρακτικό για εσάς, μπορείτε να δοκιμάσετε τις αρχές που το διέπουν με έναν απλούστερο ηλεκτρομαγνήτη πείραμα. Όποια και αν είναι η προσέγγιση που θέλετε να ακολουθήσετε για το έργο, θα είναι μια σαφής απόδειξη ότι τα κινούμενα φορτία δημιουργούν μαγνητικά πεδία, μια από τις βασικές αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού.
Αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού: Η επίδραση του κινητήρα
Η αρχή που επιτρέπει σε έναν ηλεκτρομαγνητικό γερανό να λειτουργεί είναι ότι ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Μπορείτε να το αποδείξετε εύκολα με έναν μαγνήτη και ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα σε αυτό το πείραμα από το Exploratorium. Πάρτε μεταξύ δύο και τεσσάρων μικρών μαγνητών δίσκου (αν και θα λειτουργούν και άλλοι μαγνήτες), 2 έως 3 πόδια (60 εκατοστά έως 1 μέτρο) σύρματος και μία ή δύο μπαταρίες 1,5 V. Ο στόχος είναι να συνδέσετε το κύκλωμα με το σύρμα που κρέμεται από την πλευρά του τραπεζιού ή άλλη ανυψωμένη επιφάνεια. Συνδέστε την μπαταρία (ή δύο μπαταρίες συνδεδεμένες σε σειρά) στο τραπέζι με κολλητική ταινία, κοντά στην άκρη και κολλήστε τα δύο άκρα του καλωδίου στο τραπέζι κοντά στην μπαταρία (ώστε τα άκρα να φτάσουν στην ελεύθερη μπαταρία τερματικά). Το υπόλοιπο σύρμα πρέπει να αιωρείται κάτω από την άκρη του τραπεζιού.
Συνδέστε τα δύο άκρα του καλωδίου στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Ένα ρεύμα θα αρχίσει να ρέει στο καλώδιο. Τώρα συνδέστε τους μαγνήτες σας ως κύλινδρο και φέρτε τους κοντά στο καλώδιο. Το σύρμα θα κινηθεί καθώς φέρετε τον μαγνήτη κοντά του. Αυτό συμβαίνει επειδή το ρεύμα που ρέει μέσω του σύρματος δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο αλληλεπιδρά με τον μαγνήτη.
Βασικό Πείραμα Ηλεκτρομαγνητών: Ισχύς Ηλεκτρομαγνητών
Εάν θέλετε περισσότερα από ένα πείραμα, αλλά δεν θέλετε να κάνετε έναν πλήρη ηλεκτρομαγνητικό γερανό, ένα απλό Η επίδειξη, με αυτό το πείραμα από το Study.com, μπορεί να αποκαλύψει ποιοι παράγοντες επηρεάζουν τη δύναμη ενός ηλεκτρομαγνήτης. Αγοράστε δύο (ή περισσότερες) μπαταρίες, κάποιο ηλεκτρικό καλώδιο, ένα καρφί (μήκους τουλάχιστον 3 ιντσών είναι ιδανικό) και πολλά συνδετήρες. Μπορείτε να δημιουργήσετε έναν βασικό ηλεκτρομαγνήτη τυλίγοντας το καλώδιο γύρω από το καρφί σαν πηνίο και, στη συνέχεια, συνδέοντας και τα δύο άκρα του καλωδίου στους ακροδέκτες της μπαταρίας. Ωστόσο, ένας επιστήμονας δεν θα ήταν ικανοποιημένος με μια τόσο απλή επίδειξη. Πόσο ισχυρός είναι ο μαγνήτης; Και τι θα επηρέαζε πόσο ισχυρός είναι ο μαγνήτης;
Δημιουργήστε έναν βασικό ηλεκτρομαγνήτη με έναν καθορισμένο αριθμό περιτυλίξεων σύρματος γύρω από το νύχι, ας πούμε 15. Χρησιμοποιήστε μία μπαταρία για αυτήν την πρώτη δοκιμή. Τώρα συνδέστε το καλώδιο για να λειτουργήσει ο ηλεκτρομαγνήτης και δείτε πόσα συνδετήρες μπορεί να σηκώσει. Σημειώστε τον μέγιστο αριθμό συνδετήρων, τον αριθμό των περιτυλίξεων που χρησιμοποιήθηκαν και τον αριθμό των μπαταριών που χρησιμοποιήθηκαν. Τώρα δοκιμάστε ξανά το τεστ αλλά αυξήστε τον αριθμό των περιτυλίξεων, για παράδειγμα, σε 30. Πόσα συνδετήρες μπορούν να ανυψώσουν τώρα η ρύθμιση; Σημειώστε το αποτέλεσμα κάτω. Τώρα δοκιμάστε να προσθέσετε μια άλλη μπαταρία σε σειρά με την πρώτη, για να αυξήσετε την τάση τροφοδοσίας του κυκλώματος. Μπορεί να σηκώσει περισσότερα συνδετήρες από ό, τι θα μπορούσε με μία μόνο μπαταρία, για έναν συγκεκριμένο αριθμό περιτυλίξεων;
Κατασκευή ηλεκτρομαγνητικού γερανού
Ένα έργο ηλεκτρικού γερανού είναι μια φυσική συνέχεια των έργων που καλύπτονται μέχρι στιγμής. Η βασική αρχή ότι ένα κινούμενο φορτίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο εξηγεί γιατί συμβαίνει αυτό και μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να δημιουργήσετε έναν ηλεκτρομαγνήτη τυλίγοντας ένα καλώδιο μεταφοράς ρεύματος γύρω από έναν μεταλλικό πυρήνα. Επιπλέον, διαπιστώσατε ότι μια μεγαλύτερη τάση ή περισσότερα περιτυλίγματα καλωδίων αυξάνει την ισχύ του μαγνήτη.
Χρησιμοποιήστε αυτά τα αποτελέσματα για να δημιουργήσετε το δικό σας ηλεκτρομαγνητικό γερανό. Η πραγματική κατασκευή του γερανού σας μπορεί να διαφέρει, αλλά τα βασικά στοιχεία είναι ένα σύστημα τροχαλίας με τον ηλεκτρομαγνήτη συνδεδεμένο στο άκρο και μια σταθερή βάση για τον γερανό σας (βλ. Παράδειγμα Πόρων). Μπορείτε να επαναλάβετε το πείραμα από την προηγούμενη ενότητα με το γερανό σας, ή εναλλακτικά, να χρησιμοποιήσετε αυτό που μάθατε για να δημιουργήσετε έναν πιο ισχυρό γερανό.