Elektromotor in tien minuten

Voor onderhoudende experimenten heb je niet per se een groot laboratorium nodig. In een minuut of tien knutsel je bijvoorbeeld een elektromotor.

Waar zouden we zijn zonder wasmachine, zonder iPod of elektrische tandenborstel? Zonder de Toyota Prius, de stofzuiger en de koelkast, de decoupeerzaag, de roltrap en de aquariumpomp? In de oertijd.
De uitvinding van de elektromotor, de mogelijkheid om elektrische energie om te zetten in beweging, heeft de wereld veranderd. Niet alleen omdat allerlei rotklusjes, zoals traplopen of de afwas, ineens makkelijker werden. Zonder de elektromotor was het fenomeen elektriciteit nooit aangeslagen bij het publiek. Leuk om een gloeidraadje te laten oplichten, of desnoods een augurk (zie aflevering 9), maar om daar nou een heel elektriciteitsnet voor te bouwen…

De oer-elektromotor is uitgevonden door de Britse natuurwetenschapper Michael Faraday. Zijn constructie bestond uit een vrijhangende koperdraad in een bak met kwik met in het midden een magneet; de draad begon te draaien als er elektrische stroom door liep.
De opstelling van Faraday is een zogeheten homopolaire motor. Met een beetje krachtige magneet, een batterij en ongeveer twintig centimeter koperdraad met massieve kern kun je zelf in een minuut of tien zo’n motor bouwen. Omdat gewone huis-tuin-en-keukenmagneten geen elektriciteit geleiden, heb je misschien nog een plaatje metaal nodig. Je kunt ook, net als Faraday, een vloeibare geleider gebruiken. Neem in plaats van kwik (gevaarlijk, ongezond, verboden) water met een paar scheppen keukenzout.
Voor de proef in het lab van "Ik denk dus ik plof!" gebruikten we een neodymium-magneet. Dat heeft twee voordelen: neodymium-magneten geleiden elektriciteit en ze zijn erg sterk. Belachelijk sterk. We gebruikten eerlijk gezegd ook niet één magneetje maar een stapeltje van vier. Simpelweg omdat het niet lukte de schijfjes van elkaar te trekken.

Strip voor deze proef de isolatie van het koperdraad en buig het in de vorm van een spoel. Zorg dat je het bovenste einde zo buigt dat het op de punt van de batterij kan staan. Het onderste moet contact maken met de magneet of het metalen plaatje. Het is nogal een priegelklus om te zorgen dat de onderkant van de spoel goed contact maakt zonder dat de hele constructie uit balans raakt. In het lab hebben we het uiteindelijk opgelost door uit een dun stukje elektriciteitsdraad een sleepcontactje te buigen dat over de magneet draait.
Zet de batterij op de magneet en plaats de spoel over de batterij. Als je het goed gedaan hebt, begint de koperdraad te draaien. Door de elektrische stroom ontstaat rond de draad een magnetisch veld. Rond batterij en magneet bevindt zich ook een magnetisch veld. Op z’n simpelst: die velden duwen elkaar weg, waardoor de zaak beweegt.

Een elektrische klok werkt trouwens op dezelfde manier, maar dan omgedraaid. Met een kwartskristal en wat elektronica wordt één puls per seconde door een vaste draadspoel gestuurd. Bij die spoel zit een klein magneetje dat door het magnetisch veld rond de spoel iedere seconde een zetje krijgt. Een tandwieltje aan de magneet zet de rest van het mechaniek in beweging. Tip voor nerdy thuisknutselaars: de pulsgenerator uit een klok heeft een bomvaste frequentie van 1 Hz en is voor allerhande proefjes te gebruiken. Voor de elektromagneet en de tandwieltjes is met een beetje fantasie ook wel een toepassing te vinden. Het klokhuis kun je weggooien – daar koop je niks meer voor.
Je hoeft de koperdraad niet per se in de vorm van een spoel te draaien. Een proef waarbij de draad in een soort hartvorm was gebogen werkte ook. Het kostte alleen iets meer moeite om de hele constructie mooi in evenwicht te krijgen.

Auteur: Ernst Arbouw