Formålet med dette forsøg er at demonstrere princippet bag en elmotor. En simpel elektromotor kan laves ud af en magnet, et batteri og lidt kobbertråd. Forsøget er oplagt til byg-selv aktiviteter i en klasse.
Hvis du har problemer med at få spolen til at dreje rundt kan gøres følgende
Prøv at eksperimentere med en variabel du har valgt. Hvordan påvirker den hastigheden hvormed spolen roterer? Kan du beskrive sammenhængen mellem variablen og spolens hastighed?
Kan du komme i tanke om nogen maskiner du kender, der bruger en elmotor?
Den korte forklaring på rotationen er: Når spolen kun er afisoleret på den ene side, så vil strømmen tænde og slukke, når spolen drejer rundt. Hvis spolen ligger rigtigt, så skubber magnetfeltet til den, når den vender den ene vej men ikke den anden vej. Dette driver spolen rundt som en elmotor.
Nu dykker vi lidt dybere: Når strømmen går igennem spolen generer den et magnetfelt igennem spolens plan. Det inducerede magnetfelt påvirkes af kraften fra den stationære magnet. Kraften får spolen til at bevæge sig i en retning så feltet peger i samme retning som det ydre magnetfelt. Spolen har dog stadig momentum når den når dette ligevægts punkt, hvorfor den fortsætter bevægelsen. Hvis tilledningen ikke havde været afisoleret ville der stadig løbe en strøm igennem spolen, som gav den et magnetfelt. Dette magnetfelt ville efter ligevægtspunktets passage nu blive trukket tilbage til ligevægtspunktet, da det peger i modsat retning. Herved ville bevægelsen blive bremset. Dog er tilledningen jo afisoleret og når der ingen strøm er igennem spolen er der ikke noget magnetfelt til at modsætte sig bevægelsen. Spolen har momentum nok til at tage yderligere en halv drejning, hvorefter der igen løber strøm gennem spolen og magnetfeltet igen har en retning, der gør at rotationen fortsætter i samme retning.
I virkeligheden kan man også lave motoren med begge spolens ledninger fuldstændigt afisolerede. Dette kan virke overraskende, da man skulle tro, at de magnetiske kræfter udligner hinanden, så spolen ikke drejer rundt. Dog vil spolen kunne hoppe lidt i de løse bæreelektroder, og derfor vil strømmen også tænde og slukke, når spolen roterer. Til gengæld er motoren slet ikke så effektiv som den model, der er beskrevet ovenover.
Efter Hans Christian Ørsteds opdagelse i 1820 om, at der var en sammenhæng mellem elektricitet og magnetisme, fik det videnskabelige miljø travlt med at beskrive sammenhængen. Både Ampere og Biot og Savart formulerede love, der begge leder til en udgave af den populære højrehåndsregel. Kender man strømmens retning i en ledning kan man finde magnetfeltets ved at lade tommelfingeren gå i strømmens retning. Faraday byggede den første elektromotor i 1821, hvorved opdagelsen fik praktisk anvendelse.
(Det skal lige nævnes at sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme allerede blev påvist i 1802 af Gian Domenico Romagnosi i Italien. Det lader dog ikke til, at nogen i det videnskabelige miljø fik læst avisen, hvor opdagelsen blev trykt.)
En beskrivelse af forsøget
En video af et lignende forsøg
Endnu en video af et lignende forsøg
Mystery motor demystified
Højrehåndsreglen
Faradays elektromotor
PIRA DCS: 5K40.10 (Elektricitet og magnetisme: Elektromagnetisk induktion)
Prøv at ændre på antallet af vindinger på din spole. Her er din variabel antal vindinger.
Prøv at ændre på batteriets spænding. Her er din variabel spændingen.
Virkningsfuld kompetenceorienteret naturfagsundervisning indeholder bl.a. elementer af problembaseret og elevstyret undervisning. Et greb, du som underviser kan bruge, er at implementere åbenhed, ved at stilladsere undersøgelserne med frihedsgrader.
Problembaseret og elevstyret undervisning er kendetegnet ved, at eleverne arbejder selvstændigt med egne undersøgelser. Eleverne skal finde egne svar, og det skal ikke være givet på forhånd, hvad de skal. Eleverne skal ikke reproducere eller genskabe allerede eksisterende undersøgelser.
Som underviser udvælger du en grad af frihed samt hvilket trin, den skal implementeres i. Astra opdeler en undersøgelse i følgende seks trin, hvor du kan arbejde med implementering af frihedsgrader.
Tilmeld dig Astras nyhedsbrev og få ny inspiration til din undervisning i naturfag og naturvidenskab - herunder de nyeste Testotek-undersøgelser