Sbírka fyzikálních pokusů

Curieho motory, konstrukce IV-V

Pokus číslo: 2182

• Cíl pokusu

  Budeme sestrojovat otáčivé motory fungující na principu fázového přechodu látky při zahřívání nad Curieho teplotu.

• Teorie

  Curieho bod je teplota, při níž se feromagnetická látka mění na paramagnetickou – jinými slovy, téměř se přestává přitahovat k magnetům. Této vlastnosti lze využít pro konstrukci Curieho motoru.

  Motory, které v tomto experimentu zkonstruujeme, budou mít podobu otáčivých motorů z feromagnetického materiálu, který zahříváme v blízkosti permanentního magnetu. Když část feromagnetického drátu vložíme do plamene, stane se po zahřátí lokálně paramagnetickou látkou a tato část nebude přitahována blízkým magnetem, ke kterému se proto přitáhne následující část drátu. Pootočením motoru se první část dostane mimo plamen a další část naopak do plamene – postupně se tak první část ochladí a ve vhodné pozici motoru se znovu bude k magnetu přitahovat. Tento děj se bude periodicky opakovat, čímž získáme otáčivý motor.

  Další konstrukce Curieho motorů lze vidět v experimentu Curieho motory, konstrukce I-III.

• Pomůcky

  • konstrukce motoru viz jednotlivé postupy

  • hořák a zápalky

  • permanentní magnet (my využíváme neodymový)

  • stojan na konstrukce a magnet

• Postup konstrukce IV

  1. Z třífázového analogového elektroměru vyjmeme otáčivou část s diskem umístěnou v kovovém držáku.

  2. Na osu dáme kousek papíru a omotáme měděným drátem, který bude držet niklovou obruč.

  3. Z niklového drátu vytvoříme obruč a připevníme ji pomocí měděnných drátů k ose elektroměru.

  4. Do blízkosti obruče umístíme magnet.

  5. Na obruč, poblíž umístění magnetu, namíříme plynový hořák a zapálíme.

  

• Postup konstrukce V

  1. Do osy špuntu vyvrtáme otvor o tloušťce 4 mm do hloubky přibližně 2-3 cm.

  2. Do špuntu vyvrtáme kolmo na osu otvor o tloušťce 1 mm a hloubce 1 cm. Další dva otvory umístíme rovnoměrně po plášti válce.

  3. Do otvoru v ose umístíme odšroubovanou část propisovací tužky, která je umístěna na mačkacím mechanismu, viz obr. 2, obr. 3.

  4. Do otvorů v plášti umístíme měděné dráty.

  5. Z niklového drátu vytvoříme obruč a pomocí měděných drátů ji připevníme na špunt.

  6. Do stojanu umístíme jehlu nebo hřebík a na hrot umístíme část propisovací tužky ve špuntu.

  7. Do blízkosti obruče umístíme dva magnety, každý na jinou pozici, ideálně naproti sobě.

  8. Na obruč, do blízkosti obou magnetů, umístíme hořáky a zapálíme je.

  

  

  

• Vzorový výsledek

  Video níže zachycuje vzorový výsledek pro konstrukci IV Curieho motoru.

  Video níže zachycuje vzorový výsledek pro konstrukci V Curieho motoru.

• Technické poznámky

  • Konstrukci V lze sestavit z běžně dostupných pomůcek a niklového drátu. Konstrukce IV je sestavena z třífázového analogového elektroměru, který již není běžně dostupný.

  • Konstrukce by měly fungovat i za použití běžněji dostupného ocelového drátu, avšak funkčnost je horší než v případě použití niklového drátu.

  • U otáčivých motorů je nutné mít obruč pokud možno vycentrovanou, aby se motor otáčel.

  • Použijeme-li silný magnet, bude jev patrnější, neboť tření v ložisku a nedokonalosti v konstrukci jsou překonány silou magnetu.

  • Často se vyplatí umístit hořák ne přímo pod místo nejblíže k magnetu, ale trochu stranou tak, aby zahřívaná část nebyla symetricky blízko k magnetu, pak se může stát, že se motor neotáčí jedním směrem, ale jednou tím a podruhé opačným směrem.

  • Neodymové magnety mají doporučenou pracovní teplotu 80 °C, někdy je nutné použít pro magnet chlazení. Jako dostatečné chlazení stačí pasivní chlazení větším kusem kovu. U používání ocelového drátu místo niklového je často potřeba magnety více chladit.

• Metodické poznámky

  • Doporučujeme mít tento pokus umístěný na místě, kde jej budeme předvádět a mít dopředu vyzkoušené, kde mít umístěn hořák, kde magnet a kde konstrukci motoru, aby byl efekt patrný.

  • Zkuste se studentů zeptat, co by mohlo nastat po zapálení hořáku a diskutujte s nimi možné výsledky, které vymyslí.

  • Doporučujeme při provádění experimentu dodržovat zásady bezpečnosti práce a nenechat studenty, aby pokus prováděli sami, bez dozoru vyučujícího.

• Komentář

  Pro sestavování motoru studenty doporučujeme použít konstrukci III, která je popsána v úloze Curieho motory, konstrukce I-III.