Mówi się czasem, że jest to najprostszy motor elektryczny. Opatruje go się także nazwą „unipolar motor” lub, częściej, „homopolar motor”. Każdy może go łatwo zbudować. Potrzebna jest bateryjka, okrągły magnesik, żelazna śruba lub gwóźdź, i kawałek drucika – lepiej niemagnetycznego. Tak jak na tym obrazku wziętym z angielskiej Wikipedii:
W naszej polskiej Wiki znajdujemy hasło „Dysk Faradaya” - ale to nie motor a prądnica – odwrotne działanie, inne pytania. Mnie interesuje dziś motor a nie prądnica – przyczynę od skutku warto jednak odróżniać.
Sam taki motorek zrobiłem i się z nim bawię. Chcę zrozumieć do końca procesy fizyczne tu zachodzące i, przyznaję, mam z tym problemy. W mojej wersji złożyłem ze sobą dwa magnesiki.
Pomiędzy nimi jest szparka. W okolicach tej szparki pole magnetyczne jest słabe – co można sprawdzić zbliżając tam ostrożnie gwóźdź. Toż to środek magnesu, więc pole magnetyczne jest podobne jak w tym magnesie sztabkowym:
Mimo to mój motor niemal wyje – co można zobaczyć i usłyszeć na zrobionym przez mnie filmiku –kliknij prawym przyciskiem myszki na obrazek poniżej, ściągnij plik na dysk, uruchom przy pomocy VLC media player. Być może uruchomi się także po prostu prze klik.
W angielskiej Wikipedii czytamy:
History
The homopolar motor was the first ever device to produce rotation from electromagnetism itself. It was first built and demonstrated by Michael Faraday in 1821 at the Royal Institution in London.
Historia
Motor homopolarny był pierwszym urządzeniem produkującym obrót z samego elektromagnetyzmu. Po raz pierwszy został zbudowany i zademonstrowany przez Faradaya w r. 1821 w Królewskiej Instytucji w Londynie.
Znajdujemy tam tez krótkie „pesudowyjaśnienie”
The homopolar motor can be well explained by the Faraday model of lines of force, with a tangential force (hence, a torque) resulting where the electric current makes an angle with the magnetic lines of force. The homopolar motor provides a simple demonstration of the Lorentz force.
Motor homopolarny może być dobrze wyjaśniony przez Faradayowski model linii sił, siłą styczną (zatem momentem obrotowym) powstającą w tym miejscu gdzie prąd elektryczny tworzy kąt z liniami pola magnetycznego. Motor homopolarny jest prostą demonstracją siły Lorentza.
Ktoś ma pytania? Ja mam.Do czego mianowicie jest przyłożony ten moment obrotowy? Do prądu? Do której części prądu? Tej w drucie? Tej w szparce powietrznej pomiędzy drutem a magnesem? Tej płynącej w magnesie? Tej płynącej w gwoździu? A co to jest ten „prąd”? Swobodne elektrony? Jeśli są swobodne, to jak płyną? Jak przekazują siłę siatce krystalicznej magnesu?
Gdzie jest prawo zachowania momentu pędu? Skoro jest akcja – nabieranie prędkości obrotowej przez magnes – musi być chyba reakcja, nie? Ale na co jest reakcja? Na drut? Nie sądzę. Więc na co? Skoro magnes zaczyna się kręcić w jedną stronę, coś winno się kręcić w stronę przeciwną. Co? Pole? Czy pole może się kręcić?
Czasami „wyjaśnia się” to tak: Mamy pole magnetyczne magnesu i mamy pole magnetyczne prądu. Te pola oddziałują ze sobą. Przyznam, że nie uczyłem się z żadnej poważnej książki by pole oddziaływało z sobą samym. Nie znam formuły na takie oddziaływanie. Znam formuły na oddziaływanie pól z materią. Pole magnetyczne oddziałujące samo z sobą to jakaś ambitna nowa fizyka, nie ta ze standardowych podręczników.
Motor homopolarny, choć tak prosty, choć tak podstawowy, z jakiegoś powodu jest unikany w podręcznikach. Feynman na przykład dyskutuje dynamo, ale motorka dyskutować już nie chce. Pełno jest natomiast artykułów na ten temat, w czasopismach i w sieci. Pełno jest dyskusji, sprzeczek, skrajnie różnych poglądów, skrajnie różnych prób wyjaśnień, konstrukcji wtórnych, rozwinięć – zarówno praktycznych (w tym patenty) jak i teoretycznych (np. Poprawianie równań Maxwella).
To dziwne, że prosta zabawka wynaleziona przed prawie dwustu laty nie ma zadowalającego wyjaśnienia w podręcznikach dla studentów. Dlaczego ten temat jest omijany? Dlaczego dyskusje na forach fizycznych kończą się sporami, pytaniami, odpowiedziami nie na temat lub zwodniczymi?
A ja chciałbym wiedzieć, chciałbym zrozumieć –co popycha ten mój magnes? W którym miejscu popycha? Do czego przyłożona jest i w którym miejscu siła reakcji? Co się kręci w drugą stronę?
Czy magnes słabnie kręcąc motorkiem? Czy spiny w nim stają się w nim mniej równoległe do siebie? Jeśli tak, to jak to się, w szczegółach, dzieje?
A może zjawiska nie da się wyjaśnić na gruncie klasycznym? Może trzeba użyć wyjaśnień w oparciu o mechanikę kwantową? Byłoby to niewesoło, bo sama mechanika kwantowa musiałaby by być wyjaśniona wpierw, a jak stwierdził sam Feynman: „nikt nie rozumie mechaniki kwantowej”.
