Введение

Колесо Барлоу было ранней демонстрацией гомополярного двигателя, спроектированного и построенного английским математиком и физиком Питером Барлоу в 1822 году. Оно состоит из колеса в форме звезды, свободно вращающегося и подвешенного над желобом с жидким металлом – ртутью, при этом лучи колеса погружаются в ртуть между полюсами подковообразного магнита. Постоянный электрический ток проходит от втулки колеса через спицы в ртуть и выходит через электрический контакт, также погруженный в ртуть. Сила Лоренца, действующая на движущиеся заряды в колесе в магнитном поле, заставляет колесо вращаться. Наличие зубцов на колесе необязательно, и устройство будет работать с круглым металлическим диском, обычно изготовленным из меди. "Лучи колеса, обозначенные R, погружены в ртуть, находящуюся в желобе, вырезанном в подставке. Более быстрое вращение можно получить, заменив стальной магнит небольшим электромагнитом, как показано на рисунке. Электромагнит закреплен на подставке и включен в цепь последовательно с колесом, так что ток проходит через них последовательно. Следовательно, направление вращения не изменится при изменении направления тока, поскольку полярность электромагнита также изменится." (Отрывок из издания 1842 года "Руководство по магнетизму", страница 94).

Оно используется в качестве демонстрации электромагнетизма в обучении физике. Поскольку ртуть токсична, в современных воспроизведениях эксперимента вместо ртути иногда используется солевой раствор.

Как это работает

Действие магнита на ток и то, как благодаря этому возникает вращательное движение, можно продемонстрировать с помощью эксперимента с колесом Барлоу. Устройство состоит из медного колеса в форме звезды, способного свободно вращаться в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси. Концы каждого из лучей звезды слегка погружаются в ванночку с ртутью, расположенную в небольшом желобе на деревянном основании устройства. Ванночка с ртутью помещена между двумя противоположными полюсами сильного магнита. Колесо вращается так, что его плоскость перпендикулярна направлению магнитного поля, и во время вращения в ртуть погружается только один конец луча звезды за раз. Когда ось колеса и ртуть соединены с гальваническим элементом, электрическая цепь замыкается через ось колеса (когда конец луча погружается в ртуть) и ртуть. При прохождении тока по цепи колесо начинает вращаться под действием магнита на ток. Направление вращения колеса можно определить, используя правило левой руки Флеминга. Во время вращения, когда луч колеса только что покидает ртуть, цепь размыкается, но благодаря инерции движения колесо продолжает вращаться и подводит следующий луч к ртути, восстанавливая тем самым электрический контакт. Таким образом, вращение колеса продолжается. При изменении направления тока или направления магнитного поля колесо вращается в противоположном направлении. Скорость вращения зависит от силы магнитного поля и силы тока. В данном случае механическая энергия получается из электрической энергии.