Delta mi!

Stare porzekadło mówi, że znalezienie igły w stogu siana nie należy do najłatwiejszych zadań. Sytuacja jest nieco korzystniejsza, gdy szukamy igły np. na dużym, wzorzystym dywanie. Bierzemy magnes… i igła jest nasza. Jest to zapewne jeden z najprostszych sposobów zastosowania właściwości magnetycznych materii. Wykorzystanie oddziaływań magnetycznych jednak nie ogranicza się jedynie do szukania igły...

Zasada względności została po raz pierwszy jasno wyrażona w słynnym dziele Galileusza Dialog o dwóch najważniejszych układach świata w 1632 roku. Dzisiaj często formułuje się ją w następujący sposób: prawa fizyki są takie same we wszystkich inercjalnych układach odniesienia. Wystarczy znaleźć jeden układ inercjalny - pozostałe poruszają się względem niego ruchem jednostajnym prostoliniowym. Zasada względności niejednokrotnie okazywała swą zadziwiająco dużą moc poznawczą...

Czy krowa może służyć jako kompas? Niestety, nie, ale już stado krów jak najbardziej. Okazuje się bowiem, że statystycznie krowy ustawiają się zgodnie z kierunkiem linii pola magnetycznego, tj. północ-południe, z łbami skierowanymi ku północy. Podobne właściwości wykazują też jelenie.

Wiele zjawisk fizycznych udaje się pokazać, wykonując doświadczenia przy użyciu środków, którymi posługujemy się w życiu codziennym. Można tego dokonać na dwa sposoby. Pierwszy z nich to ten znany z podręczników - na ogół mało interesujący. Drugi to sposób niestandardowy, pozwalający zadziwić widzów, a czasem nawet samego wykonawcę. W ten właśnie sposób potraktujemy dziś zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Znane z podręczników doświadczenie polega na wsuwaniu magnesu sztabkowego do cewki połączonej z miernikiem wskazówkowym. My jednak postąpimy inaczej.

Siła elektrodynamiczna jest powszechnie wykorzystywana do wprawiania w ruch silników elektrycznych. My spróbujemy wykorzystać ją do napędu dwóch interesujących zabawek, które do złudzenia przypominają dzięcioła i huśtawkę.

Czasami pozornie proste sprzęty domowego użytku mogą dostarczyć ciekawych pytań dla fizyka. Na przykład: czy włókno żarówki zasilanej prądem zmiennym zmienia swoją temperaturę? Jeżeli tak, to ile wynosi amplituda tych zmian i jaką funkcją możemy opisać ich przebieg czasowy? Robi się jeszcze ciekawiej, gdy okazuje się, że problem ten można sprowadzić do zagadnienia analogicznego do przepływu prądu przez cewkę!

Czytelnicy Delty zapewne pamiętają serię artykułów o bardzo prostych i pomysłowych silnikach elektrycznych. Najprostszy z nich składał się z małego magnesu, baterii, kawałka drutu i gwoździa (Delta 1/2012). Ktoś powiedziałby, że już prościej się nie da, a jednak! Dziś zachęcamy do zbudowania i eksperymentów z zadziwiająco prostym silnikiem elektrycznym, który nie tylko będzie wykonywał ruch obrotowy, ale również się toczył.

W pierwszej połowie XIX wieku uważano, że za zjawiska cieplne, elektryczne, magnetyczne i świetlne odpowiedzialne są przepływy pewnych nieważkich i nieuchwytnych fluidów. Pogląd ten, który przetrwał do dziś w języku - mówimy przecież, że płynie prąd, i myślimy o przepływach ciepła - pozwolił także na rozwój matematycznego opisu wspomnianych zjawisk.

Szkic obok przedstawia dziewczynę z wachlarzem. Jest piękna. Jesteście zdziwieni, nie widać tego - no trudno, to jest tylko uproszczony rysunek. Widać elementy jej postaci: tułów, ręce, nie jest ani łysa, ani ślepa. Macie jednak rację, w tak dużym uproszczeniu tracimy wiele informacji, które mogłyby pozwolić ocenić jej piękno.

Jeżeli zamocowany obrotowo na osi krążek z nieferromagnetycznego metalu umieścimy nad elektromagnesem zasilanym prądem zmiennym, krążek będzie odpychany, ale nie zacznie się obracać. Jeśli jednak między elektromagnes a krążek częściowo wprowadzimy blaszkę z nieferromagnetycznego metalu, spowodujemy obroty krążka (Rys. 1). Dlaczego tak jest? Jakie parametry mają wpływ na to zjawisko? Spróbowaliśmy odpowiedzieć na te pytania, wykonując serię doświadczeń.

Kierunek pola magnetycznego - odpowie każdy. A jego indukcję? Okazuje się, że indukcję pola magnetycznego też można nią zmierzyć i to wykorzystując jej wahania, które na ogół sprawiają kłopot przy używaniu igły np. do określania stron świata.

Nie, to bynajmniej nie jest pomyłka! Nie będziemy tu mówić o butelce Kleina (die Kleinische Flasche), ale o butelce Kleista (die Kleistche Flasche), czyli inaczej butelce lejdejskiej, a zatem o pierwszym kondensatorze.

Pioruny kuliste są zjawiskami efemerycznymi, jak na razie skutecznie unikającymi ostatecznego wyjaśnienia ich natury. Jest kilka konkurencyjnych teorii. Wszystkie one mogą być poprawne, bo podobnie mogą wyglądać pioruny kuliste o różnych mechanizmach powstawania, ale równie dobrze wszystkie mogą być częściowo lub całkowicie chybione.

W wielu źródłach opisywane są doświadczenia, które można by określić mianem baterii owocowej. W tych eksperymentach dwie blaszki lub dwa druciki, stanowiące elektrody i połączone z czułym miernikiem elektrycznym, wbija się w owoc albo warzywo, np. jabłko, pomarańczę, kwaszony ogórek czy nawet ziemniak...

Klasyczne działa miotające pociski siłą wywieraną przez gazy wytwarzane podczas detonacji chemicznych materiałów wybuchowych znane są co najmniej od kilkuset lat. Tymczasem do rozpędzania pocisków można także użyć oddziaływań elektromagnetycznych -- taką broń nazywamy działem Gaussa...

W tym odcinku zajmiemy się jeszcze jednym niezwykłym silnikiem elektrycznym wykorzystującym oddziaływanie prądu elektrycznego płynącego przez elektrolit z polem magnetycznym.

Statystyczny przechodzień, zapytany znienacka na ulicy o krzem, wspomni zapewne po chwili namysłu o Dolinie Krzemowej w Stanach Zjednoczonych oraz firmie Intel i jej najbardziej znanych produktach, czyli mikroprocesorach.

Serię artykułów o silnikach unipolarnych zakończymy opisem dość efektownego układu demonstrującego działanie takiego silnika. Przed przystąpieniem do doświadczeń należy koniecznie przeczytać wskazówki, dotyczące bezpiecznego posługiwania się magnesami neodymowymi, zawarte w artykule w Delcie 1/2012.

W silniku unipolarnym opisanym w poprzednim artykule elementem ruchomym był magnes neodymowy z przyciągniętym do niego gwoździem, natomiast okrągła bateria pozostawała nieruchoma. Teraz odwrócimy tę sytuację i zbudujemy silnik, w którym jedynym elementem ruchomym będzie bateria.

Z silnikami elektrycznymi spotykamy się na co dzień w bardzo wielu urządzeniach. Niewielki silnik elektryczny można kupić już w cenie poniżej 10 zł. Czy ma więc sens jego samodzielne budowanie? Jak najbardziej! Istnieją bardzo interesujące i proste silniki unipolarne (czasem nazywa się je też homopolarnymi), w których ruch obracającego się elementu (wirnika) zachodzi w pobliżu tylko jednego bieguna magnesu.

W tym odcinku będziemy kontynuować badanie magnetohydrodynamicznych silników – tym razem działających... bez przyłączenia źródła zasilania. Niemożliwe?

Magnetohydrodynamika to badanie oddziaływania pól magnetycznych z płynami (cieczami i gazami) przewodzącymi prąd elektryczny. Typowymi takimi płynami są ciekłe metale (np. rtęć), zjonizowane gazy (plazma) oraz elektrolity, stanowiące najczęściej wodne roztwory kwasów, zasad i soli. W proponowanych w tym odcinku doświadczeniach wykorzystamy oddziaływanie pola magnetycznego na elektrolit do zbudowania silnika przetwarzającego dostarczoną do niego energię elektryczną na energię kinetyczną ruchu.

Kuchenka mikrofalowa, jak wiele innych udogodnień cywilizacyjnych, powstała przez przypadek.

Jeżeli chodzi o budowę „zewnętrzną”, to zarówno amperomierz, jak woltomierz wyglądają podobnie: są to pudełka z dwoma kabelkami wyposażone we wskaźnik wychyleniowy lub elektroniczny.