Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №5 - Федорочев
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Рис. 6
Как можно видеть, лоренцова ЭДС здесь не может наводиться т. к. проводник направлен вдоль вектора скорости, т. е. вектор 1 по всей длине проводника параллелен вектору линейной скорости V.
В то же время, в эксперименте была зарегистрирована переменная ЭДС. Осциллограмма сигнала приведена на Рис. 7. Сигнал имеет форму достаточно близкую к синусоидальной с амплитудой ± 7 мВ (частота 17 Гц). При распрямлении петли (проводник 3–4) сигнал становится по форме близким к треугольнику. Амплитуда при этом уменьшается до ± 5 мВ. В этом случае лоренцова ЭДС также не наводится, т. к. вектор скорости и проводник лежат в одной плоскости.
Рис. 7
Далее, полупетля была помещена с другой стороны магнита. Фаза, форма и амплитуда измеренного сигнала оказались такими же как и для предыдущего случая (полупетля спереди).
Затем, две полупетли были соединены в полную петлю с выводами, расположенными по диаметру (Рис. 8).
Рис. 8
Фаза, форма и амплитуда измеренного сигнала оказались такими же как и для предыдущего случаев (полупетля спереди или сзади, см. Рис. 6).
После этого, петля была увеличена в диаметре (центр петли совпадал с центром магнита). В этом случае неподвижная петля не скользила по магниту, а отстояла от его некоторое расстояние. Полярность сигнала при этом осталась прежняя, форма сигнала существенно сгладилась, еще более приблизившись к синусоидальной, а амплитуда сигнала существенно упала (с ± 7 мВ непосредственно на цилиндрической поверхности магнита — 35 мм от оси — до ± 3.5 мВ на расстоянии 44 мм от оси).
В следующем эксперименте скользящая петля была заменена на проводящее кольцо жестко закрепленное на магните, а сигнал снимался щеткам, расположенными по диаметру. Полярность, форма и амплитуда сигнала оказались такими же, как и в предыдущих случаях.
Здесь надо отметить, что конструкция генератора, приведенная на Рис. 8 (петля с двумя выводами) очень напоминает «электромотор Маринова», названный так по имени его изобретателя — австрийского электротехника — только инвертированный (генератор) и с несколько другим магнитом (Рис. 9).
Рис. 9. «Мотор Маринова»
Можно предположить, что и генератор, конструкция которого приведена на Рис. также можно инвертировать и использовать как электромотор.
Анализ результатов
В данных экспериментах лоренцев механизм не участвовал в создании ЭДС «по определению». Следовательно, за ЭДС наведенную в проводниках 1–2 и 3–4 ответственен фарадеев механизм, но принцип и формула, описывающие наведение фарадеевой ЭДС для каждого отдельного проводника отсутствуют.
В этом случае для качественного объяснения результатов эксперимента автор воспользовался законом Фарадея и принципом Ленца, но в модифицированном виде:
• Наведенная в проводнике ЭДС является функцией dB/dt (точнее, производной циркуляции вектора В по времени) в месте расположения проводника, а не производной суммарного потока dФ/dt.
• При этом, ток, создаваемый наводимой в проводнике ЭДС вызывает циркуляцию магнитного поля которая стремиться скомпенсировать изменение циркуляции в месте расположения проводника.
Вышеизложенный принцип можно назвать «модифицированным принципом Ленца».
Как будет показано ниже (разделы 8, 10), постоянные магниты (в частности, кольцевой) имеют две оси противоположной циркуляции — внешнюю и внутреннюю, которые можно представить, как две проводящие петли с током, текущим в противоположных направлениях. В частности, для кольцевых ферритовых магнитов (см. раздел 2) этот постоянно текущий «ток» составляет порядка 40 А. Для составного магнита «токи», текущие а этих «осях» меняют знак и, следовательно, при вращении магнита циркуляция вектора В (и Н), охватывающая неподвижную полупетлю периодически возрастает, убывает и меняет знак. Таким образом, в контуре циркуляции вектора Н, созданной постоянным магнитом, оказывается полупетля. Фактически, здесь имеет место случай взаимной индукции как в трансформаторе (но, опять же, для отдельного проводника, а не для контура), которая и наводит в проводнике ЭДС, которая, в свою очередь, создает циркуляцию магнитного поля, стремящуюся скомпенсировать это изменение (согласно приведенному выше «модифицированному принципу Ленца»). Эксперимент показывает, что полярность, форма и амплитуда сигнала одинаковы для полупетель, расположенных спереди и сзади от магнита (Рис. 6), а также, для полной петли (Рис. 8).
Основываясь на «модифицированом принципе Ленца» можно качественно проанализировать механизм появления ЭДС в полувитках (Рис. 9).
Как можно видеть, в момент, когда полувитки охватывают половины магнита с разными полюсами (положение А), циркуляция магнитного поля в месте расположения полувитков, создаваемая магнитом, максимальная. При повороте магнита в положение В она уменьшается, т. к. полувитки «переезжают» на другую половину магнита с противоположной полярностью. Чтобы скомпенсировать это уменьшение, в полувитках возникает ток создающий циркуляцию магнитного поля, совпадающую с циркуляцией поля магнита и компенсирующей это уменьшение. На Рис. 9 видно, что эти токи направлены в одну сторону, что и подтверждается экспериментом. ЭДС, наведенная в полувитках равна 0 (меняет знак) в момент показанный на Рис. 9, когда полувитки полностью охватывают половины магнита с разной полярностью и достигает максимума, когда середины полувитков совпадают с плоскостью раздела магнитов.
Кроме того, в данном случае, магнит вращается внутри контура, образованного двумя полукольцами 1–2 и проводниками, соединяющими точки 1 и 2 с нагрузкой, и, следовательно, суммарное магнитное поле внутри контура не меняется и, таким образом, ЭДС не должна наводиться. Исходя из этого можно предположить, что формула Е = — dФ/dt является частным случаем более общего закона Е = ΣeiΔl, где е = f(dB/dt) — ЭДС, локально наводимая в элементе проводника Δl.
Таким образом, интегральная формула Фарадея в данном случае не работает и, согласно известным законам электромагнетизма, ЭДС в кольце и полукольце не должна наводиться, в то время, как эксперимент показывает наличие существенной ЭДС. Такой механизм наведения ЭДС в тангенциальных проводниках может быть назван «тангенциальной индукцией».
Кроме того, в случае «тангенциальной индукции» сразу возникает вопрос о силовом взаимодействии ротора и статора. Очевидно, что, согласно 3-му закону Ньютона для вращательного движения, крутящий момент ротора должен быть равен и противоположен крутящему моменту, создаваемому в статоре под нагрузкой (трение в подшипниках не учитывается). Силы, возникающие в тангенциальных проводниках в магнитном поле ротора при протекании в них нагрузочного тока, направлены строго радиально, их векторы проходят через центр массы (ось) статора и, соответственно, не создают крутящего момента, а только растягивают и сжимают тангенциальные проводники статора в радиальном направлении. Следовательно, отсутствует обмен моментами между ротором и статором, и ротор, вращаясь, вырабатывает электроэнергию в статоре без механического сопротивления!
Тут возможны два варианта:
• Генератор, действительно, не создает тормозящий момент (что позволяет
