Basit Elektrik Motoru Yapımı: Homopolar ve Bobinli Motor

Basit elektrik motoru, fen ve fizik derslerinde en sevilen deneylerden biridir; birkaç parçayla elektrik enerjisinin harekete dönüştüğünü gözünüzle görürsünüz. Bu yazıda iki motor türünü anlatıyoruz: pil ve mıknatısla yapılan homopolar motor ile emaye telden sarılan bobinli motor. Motorun neden döndüğünü sade bir dille açıklıyor, adım adım yapımı ve güvenlik kurallarını veriyoruz.

Basit elektrik motoru nedir?

Basit elektrik motoru, bir pilden gelen elektrik akımını bir mıknatısın alanında hareket ettirerek dönme hareketi elde eden, birkaç parçadan oluşan bir deney düzeneğidir. Gerçek motorlardaki dişli, rulman ve çok sargılı yapı yoktur. Ama çalışma ilkesi, oyuncaklardaki küçük DC motorlarla aynıdır.

Elektrik motoru neden döner?

Elektrik motoru, manyetik alan içindeki akım taşıyan tele Lorentz kuvveti etki ettiği için döner. Tel ve manyetik alan birbirine dik olduğunda bu kuvvetin büyüklüğü F = B × I × L formülüyle bulunur. Burada B manyetik alan (tesla, T), I akım (amper, A), L telin alan içindeki uzunluğudur (metre, m).

Örnek: B = 0,3 T, I = 2 A ve L = 0,03 m (3 cm) ise F = 0,3 × 2 × 0,03 = 0,018 N olur. Bu, yaklaşık 1,8 gramlık bir cismin ağırlığı kadardır. Küçük görünür, ama hafif bir bakır teli döndürmeye yeter. Kuvvetin yönü hem akıma hem alana diktir; akımın yönünü ya da mıknatısı ters çevirirseniz motor ters yöne döner.

Homopolar motor ile bobinli motor arasındaki fark nedir?

Homopolar motorda akım tek yönde akar ve tel sürekli aynı yöne itilir; bobinli motorda ise akım her turun yarısında kesilir ve bobin itilerek döner. Homopolar motor daha kolaydır, bobinli motor gerçek DC motorun komütatör fikrini daha iyi gösterir.

Hangi malzemeler gerekir?

İki motor için de bir alkalin kalem pil, bir neodyum mıknatıs ve bakır tel gerekir. Mıknatısın çapı, homopolar motorda pilin çapından (AA pil için yaklaşık 14,5 mm) büyük olmalıdır.

Mıknatısların türlerini ve güvenli kullanımını neodyum mıknatıs nedir yazısında anlattık. Farklı ölçüleri mıknatıs kategorisinde bulabilirsiniz. Yaptığınız motoru gerçeğiyle karşılaştırmak için pervaneli mini motor deney seti ya da FA-130 oyuncak DC motoru sınıfta iyi bir yardımcıdır.

Homopolar motor nasıl yapılır?

Homopolar motor, pili mıknatısın üzerine dik koyup bükülmüş bir bakır teli pilin üst ucuyla mıknatıs arasında asarak yapılır. Tel iki noktaya değdiği anda akım akar ve tel dönmeye başlar.

1. Disk mıknatısı düz bir yüzeye koyun ve pilin eksi (düz) ucunu üstüne oturtun. Mıknatıs pile kendiliğinden yapışır.
2. Yaklaşık 25-30 cm çıplak bakır teli kalp ya da kapı biçiminde bükün. Tek damarlı tesisat kablosunun yalıtımını soyarak da çıplak tel elde edebilirsiniz.
3. Telin üst ortasına küçük bir çukur yapın. Bu nokta pilin artı ucuna oturur ve mil görevi görür.
4. Telin iki alt ucunu, mıknatısın kenarına hafifçe değecek şekilde ayarlayın.
5. Teli pilin üstüne bırakın. Uçlar mıknatısa değince tel dönmeye başlar.
6. Dönmezse teli dengeleyin ve temas noktalarını kontrol edin. Motoru birkaç saniye çalıştırıp teli kaldırın.

Neodyum mıknatısların yüzeyi genellikle nikel kaplıdır ve elektriği iletir; bu yüzden akım telden mıknatısa, oradan pilin eksi ucuna geçer.

Bobinli motor nasıl yapılır?

Bobinli motor, emaye telden sarılmış bir bobini iki ataç üzerinde döndürerek yapılır; bobinin bir ucunun yalnızca yarısı kazındığı için akım her turun yarısında kesilir.

1. Yaklaşık 1 m emaye bakır teli kalem pilin çevresine 10-15 tur sarın ve bobini pilden çıkarın.
2. Tel uçlarını bobinin çevresine birkaç kez dolayarak sabitleyin; iki ucu karşılıklı ve düz bırakın.
3. Bir ucun emayesini zımparayla tamamen kazıyın. Diğer ucun, bobin dik dururken yalnızca üst yarısını kazıyın.
4. İki atacı ucunda halka olacak şekilde bükün ve pilin iki kutbuna lastik bantla tutturun.
5. Mıknatısı pilin yan yüzüne, bobinin tam altına gelecek şekilde koyun.
6. Bobini ataç halkalarına yerleştirin ve parmağınızla hafifçe döndürerek başlatın.

Yarım kazıma basit bir komütatördür. Uç tamamen kazınırsa bobin her yarım turda ters yöne itilir ve dönmek yerine yalnızca sallanır.

Motoru yaparken nelere dikkat etmelisiniz?

Bu motorlarda en önemli tehlike kısa devredir: tel, pilin iki ucunu neredeyse dirençsiz birleştirir ve büyük bir akım çeker. Bu yüzden tel ve pil birkaç saniye içinde ısınır. Kısa devrenin neden tehlikeli olduğunu kısa devre nedir yazısında anlattık.

• Motoru birkaç saniyeden uzun çalıştırmayın; ısınan teli ve pili tutmayın.
• Yalnızca 1,5 V alkalin kalem pil kullanın. 18650 gibi Li-ion ya da LiPo pillerle bu deneyi yapmayın; çok yüksek akım verir, pil ısınıp yanabilir.
• Neodyum mıknatıslar birbirine hızla çarpar, parmağı sıkıştırıp kırılabilir. Küçük çocuklardan uzak tutun; yutulan iki mıknatıs ciddi iç yaralanmaya yol açar.
• Mıknatısları telefon, banka kartı ve kalp pili gibi cihazlardan uzak tutun.
• Emayeyi zımparalarken gözlük takın; sivri tel uçlarına dikkat edin.

Raporunuzu ve sunumunuzu nasıl hazırlarsınız?

Motor deneyi raporunda amaç, malzemeler, yapım adımları, çalışma ilkesi ve gözlemler bölümleri bulunur. Gözlemlerinizi sayıyla desteklemek raporu güçlendirir.

• Motorun dönüş yönünü çizin; mıknatısı ters çevirince yönün değiştiğini gösterin.
• Telefonla ağır çekim video çekip dönme hızını yaklaşık olarak tur/saniye cinsinden sayın.
• Farklı tel biçimleri ya da sarım sayılarıyla deneyi tekrarlayıp sonuçları tabloya yazın.
• Sunumda Lorentz kuvvetini F = B × I × L formülü ve bir yön çizimiyle anlatın.

Sık sorulan sorular

Homopolar motor neden dönmüyor?

Homopolar motor dönmüyorsa genellikle temas ya da denge sorunu vardır. Telin üst çukuru pilin artı ucuna tam oturmalı, alt uçlar mıknatısa hafifçe değmelidir. Emaye tel kullandıysanız temas noktalarını zımparalayın. Tel bir yana yatıyorsa iki tarafını simetrik bükün. Pil zayıfsa yenisiyle deneyin; zayıf pil yeterli akımı veremez.

Bobinli motorda neden emaye tel kullanılır?

Emaye tel, ince bir yalıtkan vernik katmanıyla kaplı bakır teldir. Bobinin turları birbirine değdiği için yalıtım gerekir; yoksa akım turları dolaşmadan kısa yoldan geçer ve bobin mıknatıs gibi davranmaz. Uçlarda ise vernik kazınır, çünkü ataçlarla elektrik teması bu kazınmış yüzeyden sağlanır.

Motoru daha hızlı döndürmek için ne yapabilirim?

Daha güçlü bir mıknatıs kullanmak, temas noktalarını temizlemek ve teli hafif ve dengeli bükmek hızı artırır. Bobinli motorda bobinin tam dengede olması ve ataçlarla sürtünmenin az olması önemlidir. Pil sayısını artırmak önerilmez, çünkü akım ve ısınma da artar. Değişiklikleri tek tek yapıp her birinin etkisini not alın.

Homopolar motorda hangi mıknatıs kullanılır?

Homopolar motorda pilin çapından büyük, iletken yüzeyli bir disk neodyum mıknatıs kullanılır. Kalem pilin çapı yaklaşık 14,5 mm olduğundan 20 mm çaplı bir mıknatıs telin uçlarının değmesi için rahat bir kenar bırakır. Ferrit mıknatıslar çoğunlukla iletken olmadığı ve alanları zayıf olduğu için bu deneyde iyi çalışmaz.

Bu motor ile gerçek DC motor arasındaki fark nedir?

Çalışma ilkesi aynıdır: akım taşıyan sargıya manyetik alan içinde kuvvet etki eder. Gerçek DC motorda çok turlu birden fazla sargı, fırçalar ve bölümlü bir komütatör bulunur; bu sayede dönme düzgün ve güçlü olur. Gövde, rulman ya da burç sürtünmeyi azaltır. Basit motor bu fikirlerin en yalın hâlidir.

Özet

• Basit elektrik motoru, akım taşıyan telin manyetik alanda Lorentz kuvvetiyle itilmesiyle döner.
• Kuvvet F = B × I × L ile hesaplanır; 0,3 T, 2 A ve 3 cm için 0,018 N çıkar.
• Homopolar motor pil, disk mıknatıs ve çıplak bakır telle birkaç dakikada yapılır.
• Bobinli motorda bir ucun yarısının kazınması, basit bir komütatör görevi görür.
• Motor kısa devre çalışır: birkaç saniyeden uzun çalıştırmayın, Li-ion pil kullanmayın.