Una pila que roda sola

Si ja vas veure El motor més senzill del món, ara pots gaudir de El vehicle elèctric més simple de l’Univers.

pila

Corrent elèctric (blau), camp magnètic (vermell) i força magnètica i moviment (verd) en la pila que roda sola

El material necessari és, com sol ser habitual, uns imants de neodimi, una pila AA i paper d’alumini (del de cuina). Només cal que els imants de neodimi tinguin un diàmetre un xic superior a la pila i enganxar els imants als dos costats de la pila però amb els pols nord (o sud) enfrontats tal com es pot veure en l’esquema.

El paper d’alumini i els dos imants, conductors elèctrics, fan que el circuit elèctric es tanqui i es generi un corrent (color blau) en sentit horari en el dibuix. El camp magnètic intens (color vermell) actua sobre aquest corrent elèctric realitzant una força magnètica sobre cada imant, seguint la regla de la mà dreta, que fa desplaçar el conjunt en el mateix sentit (color verd) que la força, cap a dins de la pantalla.

Si els dos imants de neodimi són de diferent diàmetre el conjunt es desplaçarà igualment però descrivint un moviment de rotació sobre la taula de forma contínua. Aquesta darrera idea està extreta d’una demostració d’en Lluís Nadal i Balandras, professor de l’institut Lluís de Requesens de Molins de Rei i un dels millors divulgadors científics de Catalunya, gràcies Lluís!

Bé, i ara cap a la cuina a buscar el paper d’alumini…

Anuncis

Caiguda lenta

Camp magnètic (vermell) creat per l'anell i camps magnètics (blau) creats pels corrents de Foucault

Camp magnètic (vermell) creat per l’anell i camps magnètics (blau) creats pels corrents de Foucault

Un efecte curiós degut als corrents de Foucault i que té una aplicació directa als frens elèctrics que porten els autocars i camions.

Aquest efecte es pot observar de moltes maneres però en aquest cas ho fem deixant caure un imant de neodimi en forma d’anell. Primer ho fem utilitzant una vareta de fusta: l’imant cau pràcticament en caiguda lliure, la fricció és pràcticament nul·la. Després repetim l’experiència utilitzant un tub d’alumini (material no ferromagnètic: l’imant no l’atrau) i observem que la caiguda és clarament molt més lenta i amb velocitat pràcticament constant.

Una primera conclusió: segons la primera llei de Newton, en el segon cas ha d’actuar sobre l’imant una força exactament igual que el seu pes però en sentit contrari per tal que la força total que actua sobre l’imant sigui nul·la i per tant mantingui el seu moviment uniforme.

La pregunta és: quina és aquesta força? Resposta: és una força magnètica deguda a que s’originen sobre l’alumini corrents anul·lars de Foucault (degut a que el metall és conductor, això no passava amb la fusta) i que generen un camp magnètic (blau) que interactua amb el de l’imant (vermell) fent una força vertical i cap amunt.

Els corrents induïts de Foucault es creen en una espira quan hi ha variació de flux de camp magnètic que la travessa. El sentit del corrent és tal que sempre s’oposa a la variació de flux, per això en el nostre cas en la part superior i inferior els sentits dels corrents són diferents, en tots dos casos generen un camp magnètic que frena la caiguda de l’imant anul·lar.

Raïm diamagnètic

Grafit pirolític, fortament diamagnètic, levitant damunt d'imants

Grafit pirolític, fortament diamagnètic, levitant damunt d’imants

Tothom sap que el ferro, l’acer… són atrets fortament pels imants, són materials ferromagnètics. Possiblement hem llegit alguna vegada que també hi ha materials paramagnètics i diamagnètics segons el seu comportament en presència de camps magnètics. Ara doncs estem a punt de comprovar que l’aigua és un material diamagnètic, és a dir és repel·lida per un camp magnètic.

A tall d’informació, hi ha molts altres materials diamagnètics: la fusta, molts plàstics, el coure, l’or i molts metalls pesants. El grafit pirolític és un material fortament diamagnètic de manera que es pot fer levitar damunt d’un camp magnètic tal com observem en la imatge… passa però que és car i difícil d’aconseguir ;-(

RaimDiamagnetic2Què necessitem? Només els ja clàssics imants de neodimi, raïm, una palla de beure i una mica de fil. Enfilem dos grans de raïm a les puntes de la palla i amb el fil suspenem el conjunt en equilibri horitzontal.  Ara acostem els imants a un dels grans de raïm i observarem que lentament el raïm s’allunya… si repetim el procés amb l’altre raïm aconseguirem aturar la rotació i després moure el conjunt en sentit contrari.

Així doncs hem pogut comprovar com l’aigua (que és bàsicament el que conté un raïm) és repel·lida lleugerament per un camp magnètic degut al seu diamagnetisme.

Reflexioneu-hi, reflexioneu-hi… sobretot el 31 de desembre a les dotze de la nit. Bon any nou!

Un motor que camina

Amb els imants de neodimi podem fer experiències sorprenents: ara un motor que camina tot sol!

El camp magnètic (B) actua sobre el corrent elèctric (I) generant una força (F) que fa girar la pila

El camp magnètic (B) actua sobre el corrent elèctric (I) generant una força (F) que fa girar la pila

Necessitem, com sempre, un mínim de quatre imants de neodimi, una pila tipus AA i un fil de coure (una mica gruixut i sense esmaltar).

Primer necessitem dos conjunts d’imants, marquem el seu pol nord de manera que els enganxem al pol positiu i negatiu de la pila amb el pol nord cap el centre de la pila en ambdós casos. Donem forma al fil de coure de manera que abraci lleugerament als imants i alhora toqui el terra sense gaire fregament. Ja tenim el motor que camina a punt, només cal situar el fil de coure… i a córrer!

Hem d’anar en compte perquè segons el sentit de la pila i com situem els imants (pol nord cap a dins o cap enfora) el motor girarà en un sentit o en un altre.

Les forces que provoquen el moviment són les forces magnètiques resultants de l’actuació del camp magnètic dels imants sobre el corrent elèctric que circula per fil de coure i per l’interior dels propis imants (en sentit radial) en curtcircuitar-ne la pila. Podem observar el dibuix per veure’n el detall, sempre tenint en compte la regla de la mà dreta.

Si apliquem la regla de la mà dreta a l’altre imant comprovarem que la força magnètica actua en el mateix sentit, el del moviment del conjunt.

Nota: Cal tenir present que el coure s’oxida fàcilment, per tant abans de realitzar l’experiència és millor fregar-lo una mica amb paper de vidre per millorar el contacte elèctric entre el coure i l’imant.

El motor d’en Beakman

Beakman, el científic despistat

Beakman, el científic despistat

Segur que recordeu la imatge de Beakman, un científic despistat que va protagonitzar -juntament amb una rata gegant- una de les primeres sèries televisives de divulgació científica.

Una de les propostes més conegudes i que porta el seu nom és el motor de Beakman, un motor elèctric senzill fet amb materials quotidians.

Cal només una pila plana de 4,5 V, un parell de clips de papers, gomes elàstiques, imants (millor de neodimi que podem extreure desmuntant un disc dur que no funcioni) i fil de coure vernissat (del que s’utilitza per fer bobines o transformadors).

Comenceu fent un conjunt d’unes 10 espires, en acabar els dos extrems han de sortir seguint un diàmetre però en sentits oposats. Amb l’espira situada sobre una superfície plana i amb paper de vidre molt fi elimineu la resina però només per una cara del fil.

Funcionament del motor de Beakman

Funcionament del motor de Beakman

Doneu forma als clips de manera que facin contacte (aguantats amb la goma elàstica) amb els pols de la pila i que alhora serveixin de suport a la bobina. Situeu també l’imant sobre la pila en la part central entre els dos pols.

Està tot llest perquè dipositeu la bobina sobre els suports i, donant una empenta inicial, podreu comprovar el funcionament del motor.

El funcionament és molt senzill: el camp magnètic (B) fa un parell de forces (F) sobre l’espira, degut al corrent (I) que hi circula, que li produeix una rotació. Però aquest efecte només té lloc durant mig període perquè només hem eliminat la resina aïllant d’una cara del fil que manté contacte amb els clips. Mentre no circula corrent elèctric la bobina continua girant per inèrcia fins que torna a fer contacte elèctric i per tant torna a actuar la força (F). Observeu les imatges.

Us desitjo que gaudiu amb la satisfacció d’aconseguir fer girar aquest curiòs i senzill motor!