هذا الربيع، يشارك Storypie المحرك الكهربائي للأطفال بطريقة مشرقة وودية. يُظهر المحرك الكهربائي للأطفال كيف أن دفعة صغيرة من الطاقة تجعل الأشياء تدور. لذا يمكن للأطفال والكبار مشاهدة الأفكار الكبيرة تنبض بالحياة. في الواقع، كانت أنظمة المحركات الكهربائية مسؤولة عن 53% من استهلاك الكهرباء العالمي في عام 2023، بما يعادل حوالي 13,462 تيراواط ساعة من إجمالي 25,188 تيراواط ساعة.
كيف يعمل المحرك الكهربائي للأطفال
يحول المحرك الكهربائي الطاقة الكهربائية إلى حركة. باختصار، يلتقي التيار المتحرك عبر سلك مع مجال مغناطيسي. ثم، مثل صديقين يقدمان دفعة لطيفة، يشعر السلك بدفعة. تلك الدفعة هي قوة لورنتز. كما أنها تجعل الأجزاء تدور في دورات صغيرة مذهلة.
الأجزاء الرئيسية
الأجزاء سهلة التصور. أولاً، الدوار هو القلب الدوار. بعد ذلك، يبقى الجزء الثابت ثابتًا ويخلق المجال المغناطيسي. اللفات هي ملفات نحاسية تحمل التيار. المغناطيس أو المحرك يخلق المجال. أخيرًا، يقوم المبدل أو المتحكم الإلكتروني بتوقيت التيار بحيث يستمر الدوران. المحامل تسمح لكل شيء بالدوران بسلاسة.
نظرة سريعة
- الدوار: المركز المتحرك
- الجزء الثابت: صانع المجال المغناطيسي الثابت
- اللفات: ملفات نحاسية تحمل التيار
- المتحكم أو المبدل: يحافظ على استمرار الحركة
- المحامل: تقلل الاحتكاك لدورات سلسة
جدول زمني سريع
التاريخ يساعد الفكرة على الثبات. على سبيل المثال، هنا لحظات رئيسية شكلت المحركات.
- 1820 – لاحظ هانز كريستيان أورستد أن الكهرباء تخلق مجالًا مغناطيسيًا.
- 1821 – أظهر مايكل فاراداي الحركة الدورانية باستخدام مغناطيس وسلك.
- 1831 – اكتشف فاراداي الحث الكهرومغناطيسي، بذرة المولدات.
- منتصف القرن التاسع عشر – بدأت المحركات والمولدات العملية في الظهور.
- 1888 – طور نيكولا تسلا أفكار المحرك المتردد الحديث.
- أواخر القرن العشرين – أصبحت المحركات بدون فرشاة شائعة في الآلات الصغيرة والمركبات.
أنواع المحركات اليومية
تلتقي بالمحركات طوال الوقت. تعيش المحركات ذات الفرشاة في الألعاب والأجهزة البسيطة. ومع ذلك، تظهر المحركات بدون فرشاة في الطائرات بدون طيار والعديد من الأجهزة الحديثة. تدير المحركات الحثية المترددة المصانع والعديد من الآلات المنزلية. أيضًا، تشغل المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم العديد من المركبات الكهربائية. في الواقع، حوالي 80% من محركات المركبات الكهربائية الحديثة تستخدم محركات مغناطيسية دائمة عالية الأداء، والتي تحتوي عادةً على أكثر من 2 كجم من المغناطيسات الدائمة لكل مركبة.
تستخدم المحركات ذات الفرشاة فرش ميكانيكية تتآكل مع مرور الوقت. في المقابل، تستخدم المحركات بدون فرشاة متحكمات إلكترونية. لذا فهي تعمل بشكل أبرد وأنظف وغالبًا ما تدوم لفترة أطول.
كلمات لتتذكرها
إليك كلمات بسيطة يمكن للآباء والأطفال الاحتفاظ بها. القوة تعني الطاقة التي يقدمها المحرك، تقاس بالواط أو الكيلوواط. السرعة تُظهر مدى سرعة الدوران، بالدورات في الدقيقة. العزم هو قوة الدوران. الكفاءة تقيس مقدار الكهرباء الذي يتحول إلى حركة بدلاً من الحرارة.
على سبيل المثال، قد يستخدم محرك لعبة بضعة واط، مثل LED صغير. يمكن أن يصل محرك السيارة إلى عشرات إلى مئات الكيلوواط، قوي بالمقارنة.
المواد والميزات الحديثة
المواد مهمة جدًا. تحمل اللفات النحاسية التيار. توجه صفائح الفولاذ المجالات المغناطيسية وتقلل الخسائر. تساعد المغناطيسات الدائمة القوية، غالبًا النيوديميوم، المحركات الصغيرة على حزم الطاقة. أيضًا، يمكن لمحركات المركبات الكهربائية الحديثة استعادة الطاقة. تحول الكبح المتجدد الحركة إلى كهرباء، مما يزيد من شحن البطارية قليلاً عند التباطؤ. هذه التقنية جزء من اتجاه أكبر، حيث تم تقييم سوق مبيعات المحركات الكهربائية العالمية بقيمة 182.65 مليار دولار في عام 2023 ومن المتوقع أن تصل إلى 322.08 مليار دولار بحلول عام 2030، بمعدل نمو سنوي مركب يبلغ 8.4% من 2024 إلى 2030.
عرض بسيط وسلامة
جرب محركًا أحادي القطب تحت إشراف الكبار. تحتاج إلى بطارية AA واحدة، مغناطيس نيوديميوم صغير، وطول من سلك نحاسي سميك. الصق المغناطيس بقاعدة البطارية، شكل السلك بحيث يلمس قمة البطارية وحافة المغناطيس، وشاهد السلك يدور لبضع دورات صغيرة مشرقة. إنه مرح وساحر للغاية.
السلامة أولاً: استخدم خلايا ذات جهد منخفض، أشرف عن كثب، احتفظ بالمغناطيس بعيدًا عن أجهزة تنظيم ضربات القلب وبطاقات الائتمان، وارتد نظارات السلامة إذا كانت الأجزاء يمكن أن تطير. لأجل السلامة، تناسب هذه النشاطات الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 6 سنوات وما فوق تحت الإشراف.
مد الفضول
بعد ذلك، حاول قياس RPM باستخدام تطبيق على الهاتف الذكي. ثم، ارسم المجالات المغناطيسية باستخدام برادة الحديد تحت إشراف دقيق. أيضًا، قم ببناء محرك لفائف صغير من مجموعة أو قم بزيارة مركز علمي محلي للمتعة العملية.
اقرأ أو استمع إلى قصة عن المحرك الكهربائي الآن: اقرأ أو استمع إلى قصة عن المحرك الكهربائي الآن: للأطفال من 3-5 سنوات، للأطفال من 6-8 سنوات، للأطفال من 8-10 سنوات، وللأطفال من 10-12 سنة.
أخيرًا، إذا كنت تريد المزيد من القصص والعلوم المرحة، جرب تطبيق Storypie. يجمع قصص قصيرة وأنشطة لإثارة الفضول في العقول الصغيرة. قم بزيارة احصل على تطبيق Storypie لخطوة لطيفة تالية.
المحرك هو دفعة صغيرة ومبهجة تحرك الكثير من عالمنا. عندما يشاهد الطفل لفافة تدور، يشعر العالم بأنه أكثر إمكانية. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم سوق المحركات الكهربائية في الولايات المتحدة بمبلغ 27.11 مليار دولار أمريكي في عام 2023، مما يمثل حوالي 14.82% من السوق العالمية، مما يبرز أهميته في الصناعة.
