Барлоу дөңгелегі: Электромагнетизмді демонстрациялау құралы
Barlow's wheel
Барлоу дөңгелегі – 1822 ж. жасалған гомополярлық электрмотордың алғашқы үлгісі. Магниттік өріс және ток әрекеттесуінен айналады. Металл дискіден тұрады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Барлоу доңғалағы – 1822 жылы ағылшын математигі және физигі Питер Барлоу жобалаған және жасаған гомополярлы қозғалтқыштың алғашқы үлгісі. Ол сұйық металл сынапқа батырылған, айналуға еркін жұлдыз тәрізді дөңгелектен тұрады, дөңгелектің ұштары ат асты магнитінің полюстері арасындағы сынапқа еніп тұрады. Тұрақты ток дөңгелектің ортасынан дөңгелек арқылы сынапқа және содан кейін сынапқа енген электрлік контакті арқылы өтеді. Дөңгелектегі қозғалатын зарядтарға магниттік өрістің Лоренц күші әсер етеді, бұл дөңгелектің айналуына себеп болады. Дөңгелектің тісті болуы қажет емес, бұл құрылғы дөңгелек металл дискімен, әдетте мыстан жасалған, жұмыс істей алады. "Дөңгелектің ұштары R, тіреуіште ойылған ойықтағы сынапқа батырылады. Егер болат магниттің орнына кішкентай электромагнит қолданылса, айналу жылдамдығы артады. Электромагнит тіреуішке бекітіледі және ток дөңгелек арқылы тізбекке қосылады, сондықтан ток олар арқылы бірінен соң бірі өтеді. Сондықтан, ток бағытын кері бұру айналу бағытын өзгерте алмайды, себебі электромагниттің полярлығы да кері өзгереді." (Магнитизм туралы нұсқаулықтың 1842 жылғы басылымынан, 94-бет). Физикалық білім беруде электромагнетизмді көрсету үшін қолданылады. Снаптың улы екендігіне байланысты, эксперименттің қазіргі заманғы нұсқаларында тұздық су қолданылады.
Barlow's wheel was an early demonstration of a homopolar motor, designed and built by English mathematician and physicist, Peter Barlow in 1822. It consists of a star shaped wheel free to turn suspended over a trough of the liquid metal mercury, with the points dipping into the mercury, between the poles of a horseshoe magnet. A DC electric current passes from the hub of the wheel, through the wheel into the mercury and out through an electrical contact dipping into the mercury. The Lorentz force of the magnetic field on the moving charges in the wheel causes the wheel to rotate. The presence of serrations on the wheel is unnecessary and the apparatus will work with a round metal disk, usually made of copper. "The points of the wheel, R, dip into mercury contained in a groove hollowed in the stand. A more rapid revolution will be obtained if a small electro magnet be substituted for a steel magnet, as is shown in the cut. The electro magnet is fixed to the stand, and included in the circuit with the spur wheel, so that the current flows through them in succession. Hence, the direction of the rotation will not be changed by reversing that of the current; since the polarity of the electromagnet will also be reversed." (Excerpt taken from the 1842 edition of the Manual of Magnetism, page 94)
It is used as a demonstration of electromagnetism in physics education. Because mercury is toxic, brine is sometimes used in place of mercury in modern recreations of the experiment.
Қалай жұмыс істейді
Магниттің токқа әсері және осының салдарынан айналу қозғалысы Барлоудың дөңгелегі тәжірибесімен көрсетілуі мүмкін. Құрал жұлдыз тәрізді мыс дөңгелектен тұрады, ол көлденең осьтің бойымен тік жазықтықта еркін айналады. Жұлдыздың әрбір спицасының ұшы құралдың ағаш негізіндегі кішкентай ойықта сақталған сынап тобына еніп отырады. Сынап тобы күшті магниттің екі полюсінің арасында орналасқан. Дөңгелек магнит өрісінің бағытына перпендикуляр жазықтықта айналады, және айналу барысында жұлдыздың бір спицасы ғана сынап тобына еніп отырады. Дөңгелектің осі мен сынап электр тізбегіне қосылғанда, тізбек дөңгелектің осі (спица сынапқа енгенде) және сынап арқылы жабылады. Тізбектен ток өткенде, дөңгелек магниттің токқа әсерінен айнала бастайды. Дөңгелектің айналу бағытын анықтау үшін Флемингтің сол қолының ережесін қолдануға болады. Дөңгелек айналып, спицасы сынаптан шыққанда тізбек үзіледі, бірақ инерция күші салдарынан дөңгелек қозғалысын жалғастырады және келесі спицаны сынапқа тигізіп, электр байланысын қалпына келтіреді. Осылайша дөңгелектің айналуы жалғаса береді. Токтың немесе магнит өрісінің бағытын кері бұрғанда дөңгелек кері бағытта айналады. Айналу жылдамдығы магнит өрісінің күшіне және ток күшіне байланысты. Мұнда механикалық энергия электр энергиясынан алынады.
Action of a magnet on current and how rotational motion is produced due to this can be shown by Barlow's wheel experiment. The apparatus consists of a star shaped copper wheel capable of rotating freely in a vertical plane about a horizontal axis. The point of each spoke of the star just dips into a pool of mercury kept in a small groove on the wooden base of the apparatus. The pool of mercury is kept in between the two opposite poles of a strong magnet. The wheel rotates with its plane being perpendicular to the direction of the magnetic field and during its rotation only one point of the star dips into the pool of mercury at a time. When the axis of the wheel and the mercury are connected to electric cell, the circuit is completed through the axis of the wheel (when a point dips in the mercury) and the mercury. On passing current through the circuit the wheel will begin to rotate due to the action of the magnet on the current. The direction of rotation of the wheel can be determined by applying Fleming's left hand rule. While rotating and when a spoke of the wheel just leaves the mercury the circuit breaks but due to inertia of motion the wheel continues its motion and brings the next spoke in contact with the mercury thereby restoring the electrical contact. In this way rotation of the wheel continues. On reversing the direction of the current or that of the magnetic field the wheel rotates in the opposite direction. The speed of rotation depends upon the strength of the magnetic field and the strength of the current. Here mechanical energy is obtained from electrical energy.