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Une construction de moteur électrique rapide et économique de haute technologie
Aug 22, 2017

Si une combinaison d'un aimant cylindrique et d'une vis est suspendue à la borne d'une batterie et qu'une connexion conductrice est réalisée avec l'autre borne, alors cet ensemble commence à tourner. Ce n'est pas seulement le moteur électrique le plus simple mais aussi le plus rapide à construire.

Les moteurs électriques sont généralement considérés comme des systèmes complexes de fils et d'aimants spiralés. Puisque l'on s'attend à quelque chose de complexe à partir de quelque chose de compliqué, on n'est pas plus surpris par la possibilité de faire quelque chose qui émane d'un objet inanimé.    On voit la surprise et la fascination, pas seulement chez les experts quand, devant les yeux, un moteur est assemblé en quelques secondes à partir d'une batterie, un acier    vis ou clou, un aimant cylindrique et un fil court et mis en rotation. L'aimant, grâce à son pouvoir attractif, s'attache à la vis pour former un rotor, et la vis, qui est elle-même devenue magnétisée, est suspendue au pôle de la batterie. Deux exercices constructifs sont illustrés: d'une part, l'aimant maintient ensemble les parties essentielles du moteur et, d'autre part, il assure une liaison à faible friction entre le rotor et la batterie. Le palier de l'autre côté du rotor est compensé par la gravité, ce qui garantit que le rotor reste vertical et, grâce au palier à air formé, génère le frottement le plus bas possible. Dans l'exemple de la figure 1, on utilise un aimant néodyme très fort (NeFeB) dont la surface est chromée et conduit donc le courant.

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Les mains fournissent le reste de la construction: une main presse l'extrémité du fil de transport de courant au deuxième pôle de batterie tandis que le pouce et le doigt de l'autre main tiennent soigneusement l'autre extrémité du fil à l'aimant fournissant le contrôle fin nécessaire pour le contact glissant.

Dernier point, mais non des moindres, le rotor constitué de l'aimant et de la vis fournit deux fonctions physiques essentielles: d'une part il fournit le champ magnétique nécessaire au moteur et d'autre part le courant d'un pôle de batterie à travers le fil. Rien de plus n'est requis pour convertir une attraction magnétique unidirectionnelle en un mouvement continu - ou en d'autres termes - pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique.

Cette construction doit être essayée pour croire que cela fonctionne vraiment. Les différences par rapport à un moteur essayé et testé semblent trop grandes. Cette construction manque non seulement de la bobine utilisée pour générer un second champ magnétique mais également du commutateur qui inverse la direction du courant au bon moment.

Cependant, quand on se souvient que chaque courant est affecté par un champ magnétique et que cet effet est proportionnel au courant, l'explication devient plus claire:

Le très gros courant qui s'écoule de la batterie, à travers le câble, l'aimant et le retour à la batterie doit passer le champ magnétique de l'aimant du vérin. Une force de Lorentz est créée qui est perpendiculaire au courant et à la direction du champ de l'aimant. La direction de la force est donnée par la règle de la main droite.

La force sur le courant se traduit par un couple qui met l'aimant du vérin en rotation. La symétrie de l'ensemble n'est pas affectée par la rotation, il en résulte une rotation continue.

L'observation que cet effet n'est pas seulement un principe mais conduit à une vitesse remarquablement rapide    la rotation est due au grand courant généré par le circuit presque court et la grande force de champ de l'aimant. Le faible frottement entre la pointe de la vis et la batterie et entre l'aimant et le fil légèrement en contact est également important.

La forme de construction et la faible puissance de ce jouet signifie qu'il n'a pas d'application pratique. Il démontre le principe de l'un des plus anciens types de moteurs électriques, à savoir la roue de Barlow. La Barlow Wheel a été découverte par Peter Barlow (1776-1862) en 1822, avant ce que nous connaissons comme un moteur électrique. Il se compose d'un courant continu et d'un mouvement continu conséquent.

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La figure 3 montre un exemple de la construction de Barlow. Il se compose d'une plaque rotative montée à angle droit et en contact avec un bain de mercure. Le mercure, à la fois conducteur et liquide, fournit une liaison à faible friction pour la roue en rotation. La roue a une forme d'étoile dans cette illustration pour réduire davantage le frottement. La roue tourne à travers un champ magnétique produit par un aimant en fer à cheval. Contrairement à notre moteur à main levée, la roue de transport de courant et l'aimant sont séparés.    Notre moteur, avec la roue de Barlow, appartient à une classe précoce de moteurs électriques appelés monopolaires ou unipolaires.

Conclusion

Le principe le plus ancien d'un moteur électrique, à l'aide de matériaux modernes, peut être démontré en quelques secondes en utilisant des bandes nues et, de manière claire, illustrer la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique.

Addenda:

Une autre conception de moteur provient de Per-Olof Nilsson de Suède (via une communication personnelle). L'avantage est que vous n'avez pas besoin de tenir toute la construction. Mais ce n'est pas une expérience concrète.