Come funzionano i motori omopolari
Motore omopolare
Motore
elettrico a corrente continuaUn motore omopolare è un motore elettrico a corrente continua con due poli magnetici, i cui conduttori tagliano sempre linee unidirezionali di flusso magnetico ruotando un conduttore attorno a un asse fisso in modo che il conduttore sia perpendicolare a un campo magnetico statico. Poiché la forza risultante è continua in una direzione, il motore omopolare non necessita di commutatore ma richiede comunque anelli di scorrimento. [1] Il nome omopolare indica che la polarità elettrica del conduttore e dei poli del campo magnetico non cambia (cioè che non richiede commutazione).
Storia
Vedi anche: Cronologia del motore
elettricoIl motore omopolare è stato il primo motore elettrico ad essere costruito. Il suo funzionamento è stato dimostrato di Michael Faraday nel 1821 alla Royal Institution di Londra. [3] [4]
Nel 1821, poco dopo che il fisico e chimico danese Hans Christian Ørsted scoprì il fenomeno dell'elettromagnetismo, Humphry Davy e lo scienziato britannico William Hyde Wollaston tentarono, ma fallirono, di progettare un motore elettrico. [5] Faraday, essendo stato sfidato da Davy per scherzo [ citazione necessaria ] , continuò a costruire due dispositivi per produrre quella che chiamò "rotazione elettromagnetica". Uno di questi, oggi noto come motore omopolare , provocava un moto circolare continuo che veniva generato dalla forza magnetica circolare attorno ad un filo che si estendeva in una pozza di mercurio in cui era posto un magnete. Il filo ruoterebbe quindi attorno al magnete se alimentato con corrente da una batteria chimica. Questi esperimenti e invenzioni hanno costituito le fondamenta del moderno tecnologia elettromagnetica. Nella sua eccitazione, Faraday pubblicò i risultati. Questo mise a dura prova il suo rapporto di mentore con Davy, a causa della gelosia del suo mentore per il successo di Faraday, ed è la ragione per cui Faraday fu assegnato ad altre attività, che di conseguenza impedì il suo coinvolgimento nella ricerca elettromagnetica per diversi anni. [6] [7]
B. G. Lamme descrisse nel 1913 una macchina omopolare da 2.000 kW, 260 V, 7.700 A e 1.200 giri/min con 16 collettori rotanti operanti a una velocità periferica di 67 m/s. Un generatore unipolare da 1.125 kW, 7,5 V, 150.000 A, 514 giri/min costruito nel 1934 è stato installato in un'acciaieria statunitense per la saldatura di tubi. [8]
Principio di funzionamento
Il motore omopolare è azionato dalla forza di Lorentz. Un conduttore attraversato da una corrente quando è posto in un campo magnetico perpendicolare alla corrente Percepisce una forza nella direzione perpendicolare sia al campo magnetico che alla corrente. Questa forza forma una coppia di forze con se stessa la cui coppia genera movimento attorno all'asse di rotazione. [9] Poiché l'asse di rotazione è parallelo al campo magnetico e i campi magnetici opposti non cambiano polarità, non è necessaria alcuna commutazione affinché il conduttore continui a girare. Questa semplicità si ottiene più facilmente con i design monogiro, il che rende i motori omopolari inadatti per la maggior parte delle applicazioni pratiche.
Come la maggior parte delle macchine elettromeccaniche, un motore omopolare è reversibile: se il conduttore viene ruotato meccanicamente, funzionerà come un generatore omopolare, producendo una tensione di corrente continua tra i due terminali del conduttore. La corrente continua prodotta è un effetto della natura omopolare del progetto. I generatori omopolari (HPG) sono stati ampiamente studiati alla fine del XX secolo secolo come alimentatori CC a bassa tensione ma ad altissima corrente e hanno ottenuto un certo successo alimentando cannoni ferroviari sperimentali.
Costruire un semplice motore omopolare
Un motore omopolare è molto facile da costruire. Un magnete permanente viene utilizzato per fornire il campo magnetico esterno in cui girerà il conduttore e una batteria provoca il flusso di una corrente lungo un filo conduttore. Non è necessario che il magnete si muova, e nemmeno che sia a contatto con il resto del motore; Il suo unico scopo è quello di fornire un campo magnetico che interagirà con il campo magnetico indotto dalla corrente nel filo. È possibile collegare il magnete alla batteria e consentire al filo conduttore di ruotare liberamente mentre si chiude il circuito elettrico toccando sia la parte superiore della batteria che il magnete attaccato alla parte inferiore della batteria. Il cavo e la batteria possono surriscaldarsi se azionati continuamente. [10]
galleria
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Motore omopolare 3D
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Motore omopolare 2D
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Corrente, linee del campo magnetico e forza di Lorentz su motore omopolare
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Video
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Video
Esempi
Vedi anche
Riferimenti
- ^ Lynn, L. (1949). "§197-§204 'Macchine acicliche o omopolari' nella Sezione 8 - Generatori e motori a corrente continua". In Knowlton, A.E. (a cura di). Manuale standard per ingegneri elettrici (8a ed.). McGraw-Hill.
- ^ Faraday, Michael (1844). Ricerche sperimentali in Elettricità . Vol. 2. CODICE ISBN. Vedi tavola 4.
- ^ Michael Faraday, "Nuovo apparato elettromagnetico", Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts 12 , 186-187 (1821). Pagine scansionate
- ^ Michael Faraday, "Descrizione di un apparato elettromagnetico per l'esibizione del movimento rotatorio", Quarterly Journal of Science, Literature and the Arts 12 , 283-285 (1821). Pagine scannerizzateIllustrazione originale ( tavola ) del motore omopolare, citata a p. 283 del secondo articolo di Faraday. Indice del Quarterly Journal for Faraday, Michael
- ^ "Archives Biographies: Michael Faraday", The Institution of Engineering and Technology.Archiviato il 29-09-2011 in Internet Archive .
- ^ Hamilton's A Life of Discovery: Michael Faraday, Giant of the Scientific Revolution (2004) pp. 165-71, 183, 187-90.
- ^ Cantor's Michael Faraday, Sandemanian and Scientist (1991) pp. 231-3.
- ^ Lynn, p. 842
- ^ Vedi, ad esempio, Richard P. Feynman, The Feynman Lectures on Physics , vol. II, sezione 17-2, (Reading, MA: Addison-Wesley, 1964). ISBN 0-201-02117-X
- ^ "Incredibile trucco della batteria a doppia 'A'", da Youtube , 27 marzo 2015