ELEKTROMÁGNESES „JÁTÉKOK”
Készítették:
Kiss Benedek
Rózsa Bence
Mészáros-Komáromy Botond
Willburg Péter Donát
Felkészítő tanár:
Lendvai Dorka
9.C 2022
MI IS AZ A MÁGNES?
mágnes: olyan testek, amelyek környezetükben mágneses mezőt hoznak létre
a mágneseknek mindig két pólusuk van (Északi és Déli)
egypólusú mágnes (monopólus) NINCS!
a különböző pólusok vonzzák, az azonos pólusok taszítják egymást
kivitelüket tekintve lehetnek ÁLLANDÓ MÁGNESek és ELEKTROMÁGNESek
Projektben előforduló típusai
permanens (állandó) mágnes
ferromágneses anyagok: tartósan felmágnesezhető (vas, kobalt, nikkel)
Minden olyan anyag, amely állandó mágnessé válik külső mágneses tér hatására, és megtartja a mágnességét akkor is, ha a külső mágnesező teret eltávolítottuk a környezetéből.
lágyvasmag: ideiglenesen felmágnesezhető
Mágneses tér hatására mágnesessé válik, de a mágneses tér megszűnésével elveszíti mágneses tulajdonságát.
gyakorlati alkalmazás
- elektromágnes: áramjárta tekercs lágyvasmaggal kitöltve
MÁGNESES TÉR SZEMLÉLTETÉSE�RÚDMÁGNES
mágneses mező szemléltetése: vasreszelékek (mint kicsiny iránytűk) által kirajzolódó vonalakat mágneses indukcióvonalaknak nevezzük
vonalak sűrűsége mágneses tér erőssége (minél sűrűbb annál erősebb)
vonalak adott pontbéli érintője a képzeletben odahelyezett kicsiny iránytű északi pólusa mutatna
MÁGNESES TÉR SZEMLÉLTETÉSE�PATKÓMÁGNES
Belül homogén
A mágneses tér erősségét jellemző fizikai mennyiség:
ÁRAMJÁRTA VEZETŐK MÁGNESES TERE�EGYENES VEZETŐ
iránya: jobbkéz-szabály
- áramerősség [A]
– vezetéktől mért távolság [m]
r
Áramjárta vezetőknek is van mágneses tere
ÁRAMJÁRTA VEZETŐK MÁGNESES TERE�TEKERCS (SZOLENOID)
ELEKTROMÁGNES
áramerősséggel szabályozható erősségű mágneses tér
lágyvasmaggal kitöltve az is felmágneseződik (a mágneses tér erőssége sokszorosára nő)
ki-be kapcsolható
gyakorlati alkalmazás például: elektromos csengő
ÁRAMJÁRTA VEZETŐRE MÁGNESES TÉRBEN ERŐ HAT �LORENTZ ERŐ
É
D
- képen: az áramjárta inga „kifelé” kilendül
- oka: Lorentz erő
A HOMOPOLÁRIS MOTOR
Mi is az a homopoláris motor?
Olyan “motor” amit a körülötte lévő mágneses tér hajt.
Típusai:
Csavaros.
Rézdrótos.
By: Beni
MÁGNESES „GURULÓ VASÚT”
FIZIKAI MAGYARÁZAT
Hol a hiba???
- Lorentz erő nem a talajon hat
- hanem a talaj és a mágnes közepe között félúton
(a mágneses térbe helyezett áramjárta vezeték l hosszúságú darabjára hat)
Tisztán gördülő hengerre felírjuk:
- haladó mozgás mozgásegyenlete (Newton II.)
- forgómozgás alapegyenlete
(aki már tanulta – TÚRÓRUDI feladat!)
Eredmény: ezen erők hatására a hengeres mágnesnek a másik irányban kellene forognia, mint amivel a korábbi esetben magyaráztuk és mint ahogyan láttuk.
Tehát a jelenség a „szokásos” Lorentz erős magyarázata téves!
Demonstráció: Lorentz erő helyett egyszerű kötélerővel.
Akkor mi a magyarázat a látottakra???
Versenyfeladat: Ortvay Rudolf fizikai problémamegoldó verseny 2008/22. feladat
Fs
FL
r
???
Lorentz erő miatt x vagy mégsem √ ???
ÁLLÓHULLÁMOK KIALAKÍTÁSA IZZÓ DRÓTSZÁLON
MIK IS AZOK AZ ÁLLÓHULLÁMOK?
Duzzadóhely
Csomópont
Hullámok találkozása (interferencia)
az odafelé haladó és visszavert hullámok „megfelelő” találkozásakor ún. ÁLLÓHULLÁMOK jöhetnek létre
Állóhullám feltétele:
„megfelelő” frekvenciájú rezgetés
nagyobb „megfelelő” frekvencia esetén egyre több csomópont alakul ki
Oka: Lorentz erő
Váltakozó áramú áramforrás -> periodikusan változó áramerősség -> periodikusan változó erő (~ rezgetés)
- áramerősség - izzásig
Megfelelő frekvencia beállítása:
- patkómágnes helyzete
- drót hossza és feszessége
A LEVITRON
Videó a működéséről:
AZ ALAPOK
2 része van: az állvány és a pörgettyű
1-2 percig repül
~1000 rpm alatt lepottyan
EGY KIS HÁTTÉRSZTORI
Earnshaw-tétel (1842)
1983-ban Roy Harrigan találta fel
1993-ban Bill Hones vette észre a lehetőségeit
‘95-ben kezdte gyártani a nagyközönségnek
HOGYAN MŰKÖDIK?
Levitáció feltétele:
(mágneses tér)
Középen van egy potenciális energiaminimuma
Ha a pörgettyű elsodródna, akkor az erők eredője megváltozik
A körmágnesnek vízszintesnek kell lennie
Állíthatjuk a pörgettyű tömegét
MIÉRT NEM FORDUL MEG?
A pörgés stabilizálja a pörgettyűt
(akárcsak a talajon)
Lokális mágneses tér körül fog precesszálni
~2000 rpm felett instabil
LEHETSÉGES HIBÁK
A körmágnes nem elég vízszintes
Túl nehéz a pörgettyű
Túl könnyű a pörgettyű
Nem elég nagy a körmágnes belső átmérője
Nem forog a pörgettyű elég gyorsan
Túl gyorsan forog a pörgettyű
Nem sikerült még belerakni a jó helyre
MÁGNESEK KÖZÖTTI ERŐHATÁSOK
By: Bence
MÉRÉS
Fg
F12
| r(m) | F12(N) |
1. | 0,065 | 0,12 |
2. | 0,054 | 0,26 |
3. | 0,048 | 0,4 |
4. | 0,046 | 0,54 |
5. | 0,043 | 0,68 |
6. | 0,041 | 0,82 |
7. | 0,0395 | 0,96 |
8. | 0,038 | 1,1 |
9. | 0,0375 | 1,23 |
A FÜGGVÉNY LEVEZETÉSE
Elektromos dipólus analógia
Coulomb-törvény:
F – Coulomb erő
Q – töltésmennyiség
r- töltések közötti távolság
k- fizikai állandó
Elektromos térerősség:
q – „próbatöltés”
Ponttöltés elektromos tere:
A FÜGGVÉNY LEVEZETÉSE
A LEVEZETETT ARÁNYOSSÁG BIZONYÍTÁSA MÉRÉSSEL
Fg
F12
| r(m) | F(N) |
12 | 0,054 | 0,259864 |
23 | 0,062 | 0,145625 |
13 | 0,116 | 0,010537 |
F23
F13
| baloldal (N) | jobboldal (N) | %-os eltérés |
I.test | 0,265624521 | 0,259863828 | 2,216812247 |
II.test | 0,130537379 | 0,145624521 | 11,55771846 |
THOR PÖRÖLYE
By: Peti
MIBŐL ÁLL?
2 darab vasszelvény
2 darab síktapadó mágnes (1800 N-os tapadási erő)
12 V-os telep
Relé
Mágnes
A kép elszaladt….
MŰKÖDÉSI ELVE
Amikor a tekercs áramot kap, a benne folyó áram mágneses teret hoz létre.
A tekercs (narancssárga) megpróbálja bezárni az elektromos ívét a mellette lévő részekkel.
A felszakítási erő: függőlegesen hány N erőt kell kifejteni ahhoz, hogy kilépjünk a mágneses térből
Légrés-elv
ÉPÍTÉS
A két szelvényt összehegesztjük. A felső részbe kerül az elektronika.
Az egyik szelvény alján marógéppel marassunk ki egy akkora lyukat, hogy abba pont beleférjen a mágnes.
Vegyünk két vasszelvényt és két elektromágnest.
A végeket lezárjuk és készen is vagyunk.
A mágnest felvezetjük a rúdba, és összekötjük a relével, csakúgy mint a telepet.
Az elektromágnesek végeit (párhuzamosan) egybeforrasztjuk és úgy kötjük be a rendszerbe.
KÖSZÖNJÜK A FIGYELMET!
NE FELEJTSÉTEK A TÚRÓRUDI FELADATOT!