Drobná misa predstavujúca Lorentzovu silu: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Vytvorili sme jednoduché nastavenie, v ktorom je možné zobraziť Lorentzovu silu. Nechaním prúdu pretekať vodou so zmesou sódy bikarbóny a umiestnením magnetu pod túto zmes tekutina vykoná rotačný pohyb okolo elektród.

Dôležitý termín používaný v tomto návode je elektróda. Jedná sa o vodivý materiál (zvyčajne kov), ktorý umožňuje tok prúdu z určitej látky do druhej. V tomto prípade elektródy umožňujú prúdeniu prúdu z drôtu do tekutiny a opäť do drôtu.

Krok 1: Materiály a nástroje

Na toto nastavenie sú potrebné nasledujúce materiály a nástroje:

• 12 V adaptér s napájacím káblom DC. Upozorňujeme, že napájací kábel bude prerušený.
• 30 cm kábel*. To sa bude používať na výrobu elektród, takže by stačili aj dva kusy medi, hliníka, grafitu, platiny atď. Meď tiež zhrdzavie, takže môže byť žiaduce predĺžiť kábel o viac elektród.
• Magnet v tvare disku. Použili sme jeden s priemerom 2 cm.
• Malá sklenená misa. Použili sme štvorcovú misku s rozmermi 10 cm x 10 cm.
• Kartónový papier (asi 15 cm^2).
• Lepidlo.
• Kúsok dreva 20 cm x 15 cm ako základ.
• 1,5 g sódy bikarbóny*.
• 100 ml vody*.
• Potravinárske farbivo.

* Toto je množstvo potrebné na to, aby ste to dokázali aspoň raz.

Na toto nastavenie sú potrebné nasledujúce nástroje:

• Odstraňovač drôtov. Aj keď stanley nôž by tiež fungoval.
• Kliešte na býčie nosy
• Lyžica (na miešanie vody).

Krok 2: Zapojenie a elektródy

Začnite tým, že odizolovacím alebo nožovým nožom odizolujete konce napájacieho kábla DC pre adaptér, ako je to znázornené na prvom obrázku vpravo.

Potom odizolujte celý 30 cm kábel tak, aby vám zostal medený drôt. Pomocou klieští napoly medený drôt. Teraz to vytvarujeme tak, aby sa to stalo účinnou elektródou. Kliešťami ohnite jeden koniec medeného drôtu do víru a druhý koniec vytvarujte do „háčika“, aby elektróda mohla sedieť na okraji misky, ako je znázornené na druhom obrázku vpravo. Vykonajte to aj pre druhú polovicu drôtu. Umiestnite elektródy na okraj misky (oproti sebe) a pritlačte ich k bokom misky, ako je znázornené na treťom obrázku vpravo. Uistite sa, že špirálová časť elektród je od seba vzdialená asi 2 cm. Podľa potreby upravte tvar elektród a odrežte prebytočný drôt.

Na dokončenie elektród vezmite odizolované konce napájacieho kábla jednosmerného prúdu a každý odizolovaný koniec zviažte okolo háčika jednej elektródy.

Krok 3: Platforma misy

Na tento experiment je potrebné pod misku umiestniť magnet. Aby sme toto umiestnenie uľahčili, vyrobili sme platformu pre misku spolu s nástrojom na zatlačenie magnetu.

Na výrobu plošiny vystrihnite z kartónu štvorec 4 x 4 cm. Vystrihnite menšie štvorce 1 x 1 cm a vytvorte 4 stohy malých kartónových štvorcov, aby ste vytvorili nohy plošiny. Počet potrebných menších štvorcov závisí od výšky magnetu. Uistite sa, že je platforma o niečo vyššia ako magnet, aby sa magnet mohol ľahko zasunúť pod ňu. Prilepte malé kartónové štvorčeky k sebe a prilepte ich k rohom plošiny, ako je to znázornené na prvom obrázku vpravo.

Na výrobu nástroja na posúvanie magnetu vystrihnite z lepenky pásik 2 x 7,5 cm. Z jedného konca odstrihnite polkruh s priemerom asi 2 cm. Magnet by mal ľahko zapadnúť na tento koniec lepenkového pásu, ako je znázornené na druhom obrázku vpravo.

Nakoniec odstrihnite dva pásy s rozmermi 12 x 1 cm a pás s rozmermi 4 x 1 cm. Tieto prúžky budú fungovať ako „oplotenie“magnetu a jeho posúvača. Prilepte všetky lepenkové diely, okrem posúvača, na kus dreva, ako je znázornené na obrázku vľavo.

Krok 4: Vykonanie experimentu

Nalejte vodu do misy a položte ju na kartónovú plošinu. Zasuňte magnet pod misku a napájací kábel DC zapojte do adaptéra. Ak sa okolo jednej z elektród začnú vytvárať bubliny, znamená to, že vodičmi prechádza prúd, ako je znázornené na ľavom obrázku. Pridajte sódu bikarbónu a v prípade potreby premiešajte, aby sa sóda rozpustila rýchlejšie. Pravdepodobne uvidíte, že sa sóda bikarbóna otáča okolo elektród. Pridajte do vody trochu potravinárskeho farbiva, aby boli tieto rotačné pohyby viditeľnejšie, ako je to znázornené na obrázku vpravo. Teraz ste v malom jednoduchom experimente ukázali fungovanie Lorentzovej sily.

Poznámka: Jedna z medených elektród sa znehodnotí a farba povrchu sa zmení na tyrkysovú, zatiaľ čo druhá elektróda sčernie. Ak chcete tento experiment vykonať viackrát alebo dlhšie, odporúča sa vopred vyrobiť viac medených elektród. Namiesto toho je možné použiť grafitové alebo platinové elektródy, pretože tieto materiály sa nedegradujú.