Samochody elektryczne wydają się być pomysłem ostatnich dziesięcioleci. Okazuje się jednak że pierwsze pojazdy zasilane energią elektryczną pojawiły się wcześniej niż ich benzyno i ropożerne odpowiedniki. Były też popularne. Na początku XX wieku stanowiły niemal 1/3 samochodów na amerykańskich drogach. Produkowany do 1939 roku samochód Detroit Electric miał zasięg 130 kilometrów a czas ładowania około 8 godzin. Ale to właśnie problem magazynowania energii i długi czas ładowania baterii sprawił, że elektryczne samochody na wiele dziesięcioleci niemal zniknęły z rynku. I choć dzisiaj najlepsze auta elektryczne mogą przejechać na jednym ładowaniu nawet 600 kilometrów to ich średni zasięg i czas ładowania wciąż sprawia że przez wielu traktowane są jako droga ciekawostka. W dzisiejszej lekcji opowiemy sobie o tym, co je napędza czyli o silniku elektrycznym. Silniki elektryczne w autach to jeszcze wciąż bardziej ciekawostka niż codzienność. Jednak silniki elektryczne mają zastosowanie w praktycznie każdej dziedzinie naszego życia. Każde urządzenie zasilane energią elektryczną, które się obraca drży, dmucha czy porusza w jakiś inny sposób zasilane jest przez silnik elektryczny. Mikser, suszarka, pralka, wentylator i wiele innych domowych sprzętów działa właśnie dzięki takiemu zasilaniu. A poza domem? Przykładów jest tyle, że nie sposób wymienić wszystkich. Ale pierwszy z brzegu to urządzenie do borowania zębów u naszego ukochanego dentysty. Zminiaturyzowane silniki elektryczne o średnicy nawet poniżej 1 milimetra stosowane są w mikrochirurgii. Zajrzyjmy teraz do wnętrza takiego silnika. Kiedy go otworzymy, zobaczymy część zwaną wirnikiem która obraca się podczas pracy silnika. Wirnik składa się z wielu zwojnic czyli nawiniętych przewodników. Aby zrozumieć działanie silnika zacznijmy od doświadczenia. Potrzebna nam będzie bateria, przewody miedziany drut, statywy i magnes w kształcie podkowy. Z drutu robimy ramkę i zawieszamy ją na statywie. Do ramki podłączamy baterię. Umieszczamy magnes tak, aby nad ramką znajdował się biegun N, a pod S. Widzimy, że ramka odchyla się. Teraz obróćmy magnes tak żeby na górze był jego biegun S. Jak widzisz, ramka odchyla się w drugą stronę. Widzimy więc, że na podłączony do prądu przewodnik umieszczony pomiędzy biegunami magnesu działa jakaś siła powodująca jego odchylenie. Siłę tę nazywamy siłą magnetyczną. Dawniej elektrodynamiczną. Do ustalenia jej zwrotu w danej sytuacji przyda nam się lewa dłoń. Musimy ją ustawić w taki sposób aby wewnętrzna strona dłoni była skierowana w stronę bieguna północnego a wyprostowane palce wskazywały kierunek przepływu prądu. Jeśli w takim położeniu odegniemy kciuk pod kątem prostym do pozostałych palców to wskaże on kierunek i zwrot siły magnetycznej czyli także pokaże w którą stronę odchyli się ramka. W innej lekcji tej playlisty mówiliśmy że po obu stronach zwojnicy przez którą płynie prąd powstają bieguny magnetyczne. Spójrz, nasza ramka to nic innego jak jeden zwój takiej zwojnicy. Możemy ustalić położenie tych biegunów zgodnie z regułą prawej ręki. Zgięte palce muszą wskazywać kierunek przepływu prądu a odchylony kciuk wskazuje nam biegun północny zwojnicy. Po drugiej stronie znajduje się biegun południowy. Nic dziwnego, że ramka się odchyla. Próbuję się po prostu ustawić swoim biegunem N do bieguna S magnesu a biegunem S do jego bieguna N. Jak widzisz do wyznaczenia kierunku odchylenia ramki możesz użyć obu dłoni. Tylko nie pomyl metod. Siła magnetyczna to właśnie ta siła która powoduje obrót wirnika w silniku elektrycznym. W jaki sposób? Jeśli między końcami magnesu umieścimy ramkę najlepiej złożoną z kilku zwojów czyli zwojnicę i podłączymy ją do prądu obróci się ona tak, by jej biegun N był zwrócony do bieguna S magnesu a jej biegun S do bieguna N. Nasza ramka wykonana obrót ale w zasadzie to tylko ćwierć obrót. Jak skłonić ją, aby obracała się cały czas tak jak wirnik w silniku? Fizycy znaleźli na to sposób. W najprostszym silniku na prąd stały ramka nie jest podłączona bezpośrednio do źródła prądu a do metalowych elementów zwanych komutatorami. Po powierzchni komutatorów ślizgają się metalowe szczotki podłączone do obwodu. Kiedy zamkniemy obwód na ramkę zaczyna działać siła magnetyczna obracając ją tak by biegun N ramki był obrócony do bieguna S magnesu i odwrotnie. Gdyby prąd płynął w ramce cały czas w jednym kierunku to w tym miejscu by się zatrzymała. Jednak szczotka dociera do końca komutatora, jest rozpędzona i dlatego prześlizguje się na kolejny. Pamiętasz, że szczotki są podłączone do obwodu? Zmieniając komutator zmienia się zatem kierunek prądu a więc także kierunek sił magnetycznych. Ramka ma teraz biegun S tam gdzie wcześniej miała N. A N tam, gdzie był biegun S. Obraca się więc dalej by znów jej biegun N znajdował się jak najbliżej bieguna S magnesu a biegun S przy jego biegunie N. Dzięki zmianie kierunku przepływu prądu przy każdym przejściu szczotek z jednego komutatora na drugi ramka będzie obracać się tak długo3 jak długo w obwodzie będzie płynął prąd. Prawdziwy silnik składa się z wielu zwojnic. Dzięki temu, że siły magnetyczne działające na nie sumują się silnik może uzyskać większe obroty. Obecnie produkuje się wiele typów silników elektrycznych. W niektórych stosuje się magnesy trwałe w innych elektromagnesy. Są także silniki bezszczotkowe w których inaczej wymusza się ruch obrotowy. Wszystkie jednak napędzane są jedną siłą. Siłą magnetyczną. Na umieszczony w polu magnetycznym przewodnik przez który płynie prąd działa siła magnetyczna której kierunek i zwrot możemy określić regułą lewej dłoni. Przykładem zastosowania siły magnetycznej w życiu codziennym jest silnik elektryczny. Na zakończenie jeszcze jedna reguła. Ułóż prawą lub lewą dłoń na myszce i przesuń tak, aby kursor trafił prosto w przycisk „subskrybuj”. Teraz wystarczy kliknąć i gotowe. Do usłyszenia.