Motor e Gerador Homopolar

 

Motores e geradores homopolares são mais simples do que seus primos multipolares (ver Motores e geradores ), mas raramente são usados ​​na prática. No entanto, elas ilustram muito bem os princípios, e um motor homopolar é fácil de fazer e fácil de entender.

Homopolar Motors

O íman permanente na animação (à esquerda) produz um campo magnético B que é verticalmente para cima através do disco condutor. A célula fornece a corrente que flui através de uma escova para o eixo central, então para fora para a direita em direção a escova na borda. A corrente (convencional) i é submetido a uma força no sentido i  X  B , que é para a frente, no sentido de nós. (Rever Vectores .) Esta força é transmitida para o disco, que gira no sentido mostrado à esquerda.

Porque não há sempre um percurso de corrente entre as escovas (ou pelo menos não haveria se fossem ideal), o binário resultante é estável. Note-se que (nesta versão) há apenas um caminho de transporte de corrente, em comparação com muitos numa típica do motor multipolar. Por outro lado, a corrente pode ser grande, se as escovas têm baixa resistência.

 

Em um desenho simples para um motor homopolar muito simples, o magneto-se (ou o seu revestimento) toca na célula e é utilizado como o contacto para as escovas. Neste projeto, o rotor não é um disco, mas apenas um pedaço de arame com duas correntes de transporte (caminhos para o equilíbrio). O pedaço de arame inclui todos os três escovas. Ele utiliza uma célula de 1,5 V, um de cujos terminais é o de contacto para uma escova (o ponto médio do fio), e um íman terra rara cilíndrica, cuja circunferência é o de contacto para os outros dois.

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Aviso de segurança : porque a bateria está em curto-circuito por um pedaço de fio de cobre, este motor só deve ser executado para tempos muito curtos: ele não só usa a bateria muito rapidamente, mas também poderia aquecê-lo, que é um perigo potencial para a segurança .


Geradores homopolares

Nos esquemas simples abaixo, fizemos um gerador homopolar, substituindo a célula que levou o motor homopolar com um voltímetro. Considerando que o motor homopolar converte a energia eléctrica (fornecido pela célula) em energia mecânica, o gerador homopolar faz o inverso: nós fornecer energia mecânica para ligar o disco e obter uma fem e (se um percurso de corrente existe) uma corrente eléctrica.

O diagrama acima mostra uma carga móvel q viajar com o disco, e, assim, com velocidade v no ponto e tempo mostrado acima. A carga é sujeita à força de Lorentz q v  X  B , que é em direcção ao eixo. Isto dá origem a uma fem como indicado pelo voltímetro (e uma corrente se o circuito está completo).

Mais uma vez, um gerador homopolar é conceitualmente um pouco mais simples do que seus primos multipolares, mas, porque só há um caminho atual, a fem é pequena. (Por outro lado, as escovas ideais, em princípio, permitir uma grande corrente.)

No nosso gerador (supra), um identificador (à esquerda) transforma o rotor e outro (direita) transforma o magneto, que é o bloco de preto no meio, apenas para a direita dos dois fios azuis. O eixo de rotação é horizontal, enquanto que na animação é vertical. O multímetro está lendo mV DC.

 

 

Quebra-cabeças

A figura da direita mostra um gerador homopolar em que o rotor não está a rodar (com respeito a um inercial) e em que o íman não está a rodar. Nossa primeira pergunta para você é esta:

• Se não rotor nem ímã está girando (com relação a um referencial inercial *), é uma fem produzida?

Certo, muito fácil. E já vimos o que acontece quando o disco gira eo ímã está parado. Agora, para os restantes duas possibilidades, mostrados abaixo.

• Se o rotor e ímã são ambos rotação (em conjunto, mas com relação a um referencial inercial *), é uma fem produzida? (Animation à esquerda abaixo).

• Se o íman rotativo sozinho mas o disco não é (tanto no que diz respeito a um * inercial), é uma fem produzido? (Animation à esquerda abaixo).

aquele em que as leis de Newton segurar e em que as estrelas e galáxias distantes não estão girando em torno da Terra.

 

Variações sobre os geradores homopolares

Pense cuidadosamente sobre estas questões antes de responder e antes de você olhar para os clipes de filmes abaixo. Na ciência, a resposta oficial é sempre obtida por pedir o universo - ou seja . fazemos a experiência. Assim, os clipes de filmes abaixo mostram as configurações interessantes: ambos rotor e ímã rotativo, e ímã rotativo, mas não rotor girando.


Este gerador homopolar tem um punho (à esquerda) que gira o rotor e outro (direita) que transforma o ímã. O multímetro está lendo mV DC.

No clipe abaixo, de uma almofada é inserido entre o rotor eo íman, com a consequência de que tanto por sua vez: após o transitório inicial, não há movimento relativo entre o rotor eo íman. Então, vai produzir uma fem?

Neste clip, o bloco é removido, mas eu gire a manivela que faz girar o ímã.O rotor permanece estacionário. Portanto, neste caso há um movimento relativo entre o rotor eo ímã. Então, vai produzir uma fem?

Se sua mente está boggled, não se preocupe, você está em excelente companhia! Vá para trás e ter um olhar para a discussão do funcionamento do gerador homopolar acima. Pense na força de Lorentz. Você também pode encontrá-lo útil para pensar sobre o que um ímã é como em nível atômico e que significa girar um ímã.

Quando eu era um estudante na Universidade Nacional da Austrália, houve um gerador homopolar grande (na verdade dois geradores homopolares em um dispositivo), usado para experimentos que requerem megamperes de corrente.

Um motor diesel iria conduzir a rotação dos dois rotores 40 toneladas até uma velocidade angular de 900 rotações por minuto, eventualmente armazenar 500 MJ de energia na sua rotação. (Não me lembro os detalhes do motor, mas se entregou 50 kW, que levaria três horas para girar o disco até 500 MJ.) Então as 'escovas', que foram feitos de sódio líquido ou um líquido ( ) mistura de sódio e potássio, que sejam postos em contacto e que a energia mecânica seria rapidamente transformada em energia eléctrica. Sim, era um dispositivo de perigoso.

Restos de rotor ainda estão lá, fazendo uma escultura impressionante na extremidade oriental da Escola de Pesquisa de Ciências Físicas e Engenharia (foto à direita). Veja a grande máquina para alguns dos detalhes e história. O que mais me impressionou foi o torno em que os componentes haviam sido feitas. A maioria dos tornos são medidos pelo diâmetro máximo que pode ser realizada na bucha, que normalmente é medido em centímetros. O torno usado para isso teve um mandril de 7 m.

Fonte -Tradução Google ,página orinal em : http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/homopolar.htm

 

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