Una gru elettromagnetica è una gru che sfrutta il legame tra elettricità e magnetismo per produrre la forza necessaria per sollevare oggetti pesanti. Il legame tra elettricità e magnetismo è un grande argomento per i progetti scientifici, e anche se una gru completamente elettrica progetto è un po' troppo pratico per te, puoi testare i principi alla base con un elettromagnete più semplice sperimentare. Qualunque sia l'approccio che vorrete adottare per il progetto, sarà una chiara dimostrazione che le cariche in movimento generano campi magnetici, uno dei principi chiave dell'elettromagnetismo.
Principi dell'elettromagnetismo: l'effetto motore
Il principio che permette a una gru elettromagnetica di funzionare è che una carica elettrica in movimento genera un campo magnetico. Puoi dimostrarlo facilmente con un magnete e un semplice circuito elettrico in questo esperimento dell'Exploratorium. Procurati da due a quattro piccoli dischi magnetici (anche se funzioneranno anche altri magneti), da 2 a 3 piedi (da 60 centimetri a 1 metro) di filo e una o due batterie da 1,5 V. Lo scopo è collegare il circuito con il filo che penzola dal lato di un tavolo o di un'altra superficie rialzata. Fissare la batteria (o due batterie collegate in serie) al tavolo con del nastro adesivo, vicino al bordo, e fissare le due estremità del filo al tavolo vicino alla batteria (in modo che le estremità possano raggiungere la batteria libera terminali). Il resto del filo dovrebbe penzolare dal bordo del tavolo.
Collegare le due estremità del filo ai terminali della batteria. Una corrente inizierà a fluire nel filo. Ora collega i tuoi magneti insieme come un cilindro e avvicinali al filo. Il filo si muoverà quando avvicini il magnete. Questo perché la corrente che scorre attraverso il filo genera un campo magnetico, che interagisce con il magnete.
Esperimento di base sull'elettromagnete: forza degli elettromagneti
Se vuoi più di un esperimento ma non vuoi realizzare una gru elettromagnetica completa, un semplice dimostrazione, con questo esperimento di Study.com, può rivelare quali fattori influenzano la forza di un elettromagnete. Procurati due (o più) batterie, un filo elettrico, un chiodo (lungo almeno 3 pollici è l'ideale) e diverse graffette. Puoi creare un elettromagnete di base avvolgendo il filo attorno al chiodo come una bobina, quindi collegando entrambe le estremità del filo ai terminali della batteria. Tuttavia, uno scienziato non sarebbe soddisfatto di una dimostrazione così semplice. Quanto è forte il magnete? E cosa influenzerebbe la forza del magnete?
Crea un elettromagnete di base con un determinato numero di avvolgimenti di filo attorno all'unghia, diciamo 15. Utilizzare una batteria per questo primo test. Ora collega il filo per far funzionare l'elettromagnete e guarda quante graffette riesce a sollevare. Annotare il numero massimo di graffette, il numero di avvolgimenti utilizzati e il numero di batterie utilizzate. Ora prova di nuovo il test ma aumenta il numero di avvolgimenti, ad esempio a 30. Quante graffette può sollevare ora l'installazione? Annota il risultato. Adesso prova ad aggiungere un'altra batteria in serie alla prima, per aumentare la tensione che alimenta il circuito. Può sollevare più graffette di quanto potrebbe con una singola batteria, per un dato numero di avvolgimenti?
Realizzare una gru elettromagnetica
Un progetto di gru elettrica è una naturale prosecuzione dei progetti finora trattati. Il principio di base secondo cui una carica in movimento genera un campo magnetico spiega perché accade e puoi usarlo per creare un elettromagnete avvolgendo un filo percorso da corrente attorno a un nucleo metallico. Inoltre, hai scoperto che una tensione maggiore o più avvolgimenti di filo aumenta la forza del magnete.
Usa questi risultati per creare la tua gru elettromagnetica. La costruzione effettiva della tua gru può variare, ma gli elementi chiave sono un sistema di pulegge con l'elettromagnete attaccato all'estremità e una base stabile per la tua gru (vedi Risorse per un esempio). Puoi replicare l'esperimento della sezione precedente con la tua gru o, in alternativa, utilizzare ciò che hai imparato per creare una gru più potente.