Årskurs: Gymnasiet
Ämnesområde: Elektricitet, Magnetism

När det går ström genom en ledare kan du påverka den med en magnet. Den här enkla utrustningen visar hur kraften som påverkar ledaren ser ut. Det är denna kraft som gör att en elmotor fungerar.

Material

• Fyra eller sex små magneter, gärna den lite större typen som används för anslagstavlor.
• Ett eller två 1,5-voltsbatterier (R20) eller ett 4,5-voltsbatteri.
• Ungefär 0,5 meter ledningstråd. Tråden bör vara så mjuk och böjlig som möjligt. Välj en flertrådig ledningstråd.
• Kniv för att avisolera ledningstråden.
• Maskeringstejp.
• En träplatta eller något annat lämpligt att montera allt på.

Tillverka

(Mindre än 15 minuter.)

Tejpa ihop alla magneterna till en cylinder och dela sedan cylindern i två lika stora delar. Tejpa fast de två grupperna av magneter på träplattan med ett mellanrum på 0,5-1,0 centimeter. Montera så att nordände vänds mot sydände i gapet mellan magneterna.

Tejpa också fast batteriet på träplattan så som du ser på bilden nedan. Tag bort isoleringen från trådens ändar. Placera tråden mellan magneterna, gör en stor slinga så att tråden lätt kan röra sig uppåt och neråt utan att fastna på magneterna. Placera också trådändarna så att du lätt når batteriets poler.

Experimentet

(Fem minuter eller mer.)

Håll den ena trådänden mot batteriets ena pol och låt den andra ett kort ögonblick röra vid batteriets andra pol. Trådslingan kommer att röra sig uppåt eller neråt. Om du ändrar strömriktningen genom tråden genom att skifta batteripolerna kommer trådslingan att röra sig åt andra hållet än det ursprungliga.

Koppla bara till batteriet i korta perioder. En inkoppling av det här slaget innebär i stort sett en kortslutning av batteriet vilket gör att det snabbt blir förbrukat men viktigare är att tråden kan bli mycket varm och det är lätt att bränna sig.

Vad hände?

Magnetfältet från magneterna påverkar strömmen i ledningen med en kraft. Ledningen rör sig uppåt eller neråt beroende på vilken riktning strömmen har och hur magnetfältet är riktat.

Det går att förutsäga åt vilket håll tråden kommer att röra sig, det finns en minnesregel – högerhandsregeln. Håll högerhanden nära den del av tråden som ligger mellan magneterna. Håll handen med tummen rakt ut åt sidan. Tummen skall peka utmed tråden och i strömmens riktning (strömmen går från batteriets pluspol till minuspolen).

Fingrarna ska peka i magnetfältets riktning (magnetfältets riktning är från en nordända till en sydända). Den typ av magneter som används här har normalt ingen markering av nord- och sydändan men med hjälp av en kompass kan man lätt se var nord- och sydändan finns. Om du håller handen som beskrivits här kommer handflatan att ”trycka” i samma riktning som kraften från magnetfältet påverkar tråden.

Elmotorer och generatorer

Att en ledning där det går elektrisk ström påverkas av en kraft när den befinner sig  i ett magnetfält utgör principen bakom den elektriska motorn. Intressant är (och det passar vår känsla för symmetri) att den motsatta effekten också finns. Om en trådslinga (ledningstråd) rör sig förbi polen på en magnet kommer det att gå en ström i ledningen. Det är detta som gör att en generator kan ge ström. Den ström man får när en enkel trådslinga rör sig i ett svagt magnetfält är alltför svag för att kunna mätas annat än med ett mycket känsligt instrument.

Det här experimentet ger bara en kort rörelse, en motor kräver att det rör sig hela tiden. Detta problem löstes tidigt på 1800-talet genom uppfinningen av kommutatorn. En kommutator är en kontakt som gör det möjligt att få ström till en roterande trådslinga och den ser också till att strömriktningen i trådslingan byter riktning i rätt ögonblick så att rotationen kan fortsätta.

Den första elmotorn konstruerades 1821 av Michael Faraday i England och förbättrades 1831 av Joseph Henry i USA.

(Materialet ingår i Science Snacks och är översatt av NRCF med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco. Besök deras hemsida för mer inspiration, ny flik)