در عرض چند دقیقه موتور بسازید

چرا سیم شروع به چرخش کرد؟ نقش باتری و آهن‌ربا چیست؟

برای آشنایی با جزییات این آزمایش باید با خاصیتی در طبیعت آشنا شویم که حدود دویست سال است بشر آن را مشاهده کرده است و می‌شناسد. این خاصیت به ارتباط جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی برمی‌گردد و پدیده‌های مختلفی را شامل می‌شود، از جمله این آزمایشی که انجام دادیم.

اگر از سیمی جریان الکتریکی بگذرد و آن سیم در میدان مغناطیسی (کنار آهن‌ربا) قرار داشته باشد، به این سیم نیرویی وارد می‌شود! اندازه‌‌ی این نیرو به چند عامل بستگی دارد: ۱- شدت جریان الکتریکی، این شدت به این وابسته است که باتری‌ای که استفاده می‌کنید چقدر قوی است و سیم‌هایتان چقدر رسانای خوبی هستند، ۲- طول سیمی که جریان از آن می‌گذرد، ۳- شدت میدان مغناطیسی، یعنی قدرت آهن‌ربایی که به کار می‌برید و ۴- این‌که سیم با چه زاویه‌ای در میدان مغناطیسی قرار گرفته است. جهت این نیرو به جهت جریان الکتریکی و جهت میدان مغناطیسی بستگی دارد.

حالا با شناختن این پدیده دوباره به آزمایشی که انجام دادیم توجه کنید. جهت جریان در سیم‌ها از قطب مثبت باتری به قطب منفی آن است:

آهن‌رباها در اطراف خود میدان مغناطیسی‌ درست می‌کنند. شکل زیر جهت میدان مغناطیسی را در اطراف آهن‌رباها نشان می‌دهد. هرچه تعداد آهن‌رباهایی که به کار می‌بریم بیشتر باشد میدان مغناطیسی حاصل قوی‌تر است.

حال سیم را مطابق شکلی که دیدیم به باتری متصل می‌کنیم تا از آن جریان بگذرد. در این صورت، آهن‌رباها به سیم نیرو وارد می‌کنند. جهت نیروی وارد بر سیم را می‌شود با روشی ساده به دست آورد. شست دست راست را در جهت جریان بگیرید و انگشتان را در جهت میدان مغناطیسی. جهت نیرو به سمت خارج از کف دست شما خواهد بود. البته چون جهت میدان مغناطیسی در چپ و راست باتری با هم فرق دارد، جهت نیرو هم در این دو سمت فرق دارد. در سمت راست، سیم را به طرف ما هُل می‌دهد و در سمت چپ به طرف مقابل ما هُل می‌دهد و همین باعث چرخش سیم می‌شود.

وقتی جهت آهن‌ربا‌ها را برعکس می‌کنیم جهت میدان مغناطیسی عوض می‌شود و در نتیجه جهت نیروی وارد بر سیم‌ها تغییر می‌کند و این بار سیم در خلاف جهت قبلی می‌چرخد. استفاده از باتری قوی‌تر، جریان قوی‌تری در سیم‌ها برقرار می‌کند و در نتیجه نیروی وارد بر آنها بیشتر شده و سریعتر می‌چرخند. هم‌چنین افزایش تعداد آهن‌رباها شدت میدان مغناطیسی را بیشتر می‌کند و باعث افزایش نیرو می‌شود.

وقتی از سیم‌ها و باتری مدتی جریان می‌گذرد مقداری از انرژی الکتریکی به صورت گرما در سیم‌ها و باتری تلف می‌شود و سیم‌ها و باتری گرم می‌شوند، امتحان کنید!

این وسیله که ساختیم به نوعی موتور الکتریکی است. البته طرز کار آن با موتورهای الکتریکی که روزمره می‌‌شناسیم متفاوت است ولی از این جهت شباهت دارد که انرژی الکتریکی را به انرژی حرکتی (چرخشی) تبدیل می‌کند و از اثر میدان مغناطیسی بر جریان الکتریکی استفاده می‌کند.