Униполярный генератор своими руками: Униполярный генератор: устройство, история создания, применение – Модернизация диска Фарадея: Создание эффективных униполярных генераторов

Содержание

Модернизация диска Фарадея: Создание эффективных униполярных генераторов

Униполярный генератор, динамо машина, диск Фарадея: не важно, как вы его называете, в любом случае, униполярный генератор — это интересное устройство. В отличии от большинства других устройств того же назначения, униполярные генераторы способны вырабатывать большой ток при низком напряжении и выделять большое количество электроэнергии. Из-за таких характеристик, учёные работали над улучшением этого устройства с момента его изобретения. Вы также можете провести анализ рабочих характеристик униполярного генератора с использованием программного обеспечения COMSOL Multiphysics®.

Краткая история униполярных генераторов

Спустя 10 лет после прорыва в области электродвигателей в 1831 году Майкл Фарадей создал свой первый генератор. Первая установка (которую позже назвали униполярным генератором) была очень простой. Она состояла из медного диска, который вращался между полюсами постоянного магнита. Несмотря на то, что генератор Фарадея успешно демонстрировал принцип действия электромагнитной индукции, на практике он был слишком неэффективен из-за больших потерь и возникновения противотоков.

Схема диска Фарадея
Схематичное изображение одного из первых униполярных генераторов, также известного, как диск Фарадея. Изображение имеется в свободном доступе в США, взято из Wikimedia Commons.

На протяжении многих лет учёные пытались улучшить производительность униполярных генераторов. Одним из самых известных примеров является разработанная Николой Теслой конструкция, в которой металлический ремень разделял параллельные диски на параллельных валах. Такая конструкция помогла уменьшить потери на трение, что значительно повысило эффективность устройства.

В 1950-е годы было обнаружено, что униполярные генераторы отлично очень полезны для импульсных силовых установок, так как они могут запасать энергию в течении длительного периода и практически мгновенно выделять её. Данное открытие возобновило интерес к генераторам, а учёные начали создавать масштабные конструкции генераторов. Один из них был создан сэром Майклом Олифантом в австралийском Национальном университете. Этот огромный генератор использовался на протяжении 20 лет и мог выдавать ток до 2 МА.

Фото огромного униполярного генератора, созданного сэром Олифантом.
Некоторые элементы созданного сэром Олифантом униполярного генератора, который был разобран и выставлен на всеобщее обозрение. Изображение предоставлено Martyman, взято из англоязычной Википедии. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 из Wikimedia Commons.

Не смотря на то, что униполярные генераторы прошли долгий путь и назывались различными именами изобретателей, учёные и инженеры до сих пор продолжают работать над улучшением производительности этих устройств. Одним из подходов к такой модернизации, конечно, является численное электродинамическое моделирование…

Моделирование простого униполярного генератора с использованием модуля AC/DC пакета COMSOL Multiphysics®

Давайте рассмотрим учебный пример, в котором представлена простая 3D модель униполярного генератора. Он состоит из вращающегося диска радиусом 10 см, который помещён в однородное магнитное поле величиной 1 Тл. Медный проводник соединяет край диска с его центром, чтобы создать замкнутую цепь для протекания тока, вызванного вращением проводника в постоянном магнитном поле (Lorentz current).

Схема модели генератора с подписанными основными элементами и указанным направлением протекания тока.
Геометрия модели униполярного генератора.

Обратите внимание, что угловая скорость диска — 1200 об/мин, а протекающий через проводник ток равен примерно 45.16 кА. Для моделирования вращающегося диска можно использовать узел Lorentz term (вклад силы Лоренца) по двум причинам:

  1. В диске нет магнитных источников, которые вращаются вместе с ним
  2. Диск ничем не ограничен и направление его движения не изменяется

В данном случае распределение тока не изменяется при вращении диска.

Анализ результатов электродинамического расчета

После проведения стационарного расчёта можно проанализировать распределение тока в диске и проводнике. Анализируя полученные результаты для нормы плотности тока и его направления, вы можете найти способы улучшения конструкции униполярного генератора.

Результаты электромагнитного расчета униполярного генератора: норма плотности тока в устройстве.
Результаты электромагнитного расчета униполярного генератора: график направления протекания тока в проводнике и диске.

Норма плотности тока (слева) и направление тока (справа) в медном проводнике и в диске.

Более того, можно изучить влияние магнитного поля, например, на вращение. Ниже приведён график распределения общей и индуцированной магнитной индукции в системе.

Визуализация магнитного поля вокруг униполярного генератора.
Из векторной диаграммы можно заметить, что униполярный генератор влияет на магнитное поле вокруг (возмущает его). Скорость колеса изображена бирюзовыми стрелками на поверхности.

Резистивные потери играют ключевую роль в эффективности таких генераторов, поэтому важно их минимизировать. На графике ниже продемонстрированы расчетные потери в проводящих частях генератора, которые легко получить в результате моделирования.

Расчетные значения резистивных потерь в диске и проводнике униполярного генератора.
Резистивные потери в диске и в проводнике.

Используя электродинамическое моделирование, инженеры могут модернизировать конструкции униполярных генераторов, улучшать их производительность путём уменьшения потерь на трение или изменения распределения магнитного поля.

Дальнейшие шаги

Чтобы скачать учебный пример, представленный в этой заметке, нажмите на кнопку ниже. Вы окажетесь в Галерее приложений, где сможете войти в свою учетную запись COMSOL Access и загрузить MPH-файл, а также ознакомиться с пошаговыми инструкциями по сборке модели.

Дополнительные ресурсы
  • Узнайте большое о моделировании генераторов и двигателей в корпоративном блоге COMSOL:
  • Узнайте, что ещё вы можете смоделировать с использованием модуля AC/DC

Высоковольтный униполярный генератор — Безумные идеи

Высоковольтный униполярный генератор , оказывается , довольно прост по конструкции. Пока ув. Ф.Ф. Менде затаил свою идею , выкладываю на всеобщее обсуждение свою конструкцию, понять суть которой можно и без чертежей , по словесному описанию. Но всё-таки необходимо знать ,как работает промышленный униполярный генератор. Поэтому , наберите в Яндексе * Роторный униполярный магнитный двигатель * изобретателя Калашникова. Там дан хороший рисунок промышленного УГ.

Итак , берём за основу практически без изменений статор промышленного УГ, желательно симметричного типа для лучшего понимания моей идеи. То есть , в средней части статора кольцевая униполярная обмотка возбуждения , а справа и слева активные части – кольцевые однополярные полюса , внутри которых с минимальным зазором вращается ротор.

А вот ротор –якорь придётся созидать заново, хотя , по сути дела , тут нет ничего заумного. Для своего ротора я взял сочетание двух кольцевых якорей , соединенных аксиальными перемычками. Только несколько изменил кое-что. Если у стародавнего кольцевого якоря катушки перемежаются со спицами- радиальными креплениями , идущими к ступице , то в моей конструкции эти перемычки направлены аксиально, к соседнему кольцевому якорю. Чтобы всем было понятно , представьте себе сепаратор от крупного роликового подшипника. Это трубчатое кольцо с прорезями посередине для роликов.

Примерно такого же типа и предлагаемый двухкольцевой якорь в моём высоковольтном УГ. Только крайние сплошные дорожки и средняя с прорезями примерно одинаковы. Конечно , для технологии такой якорь будет весьма неудобен , в плане намотки катушек , поэтому придётся сплошную конструкцию поменять на секционную. Но это уже тонкости, выложу их позднее.

Главное , правилен ли принцип работы. Кто знаком с кольцевыми якорями , тот поймет работу без труда.( Кстати , такая кольцевая обмотка на статоре называется граммовской). Итак , униполярная обмотка статора возбуждает магнитное поле , которое проходит аксиально в одну сторону по периферии статора, загибается к оси и по ротору возвращается также аксиально на прежнее место. Всё как в обычном УГ. Но при входе во вращающийся ротор магнитные линии пересекаются не одиночными проводниками ,как в выпускаемых ген-х, а целой катушкой , правда , одной её стороной , и тут же сворачивают по оси катушки и выходят наружу в перемычку, не пересекая остальных её витков.

Вот в этом-то и суть принципа работы любого мыслимого высоковольтного УГ. Пересечь магнитное поле одной стороной катушки , а другую сторону либо заэкранировать , либо отвести витки подальше( как в линейном УГ , который я предлагал) , либо пустить магнитные линии таким хитрым образом, чтобы они не возбуждали обратную ЭДС, что и сделано в предлагаемом УГ.

Итак , магнитные линии по оси катушки выходят из неё и по аксиальной перемычке идут в соседний кольцевой якорь ,внутрь тамошней катушки , и выходят в сторону статора опять же через боковую сторону катушки, возбуждая в ней ЭДС. Причём во всех витках и всех катушках индуцируется однонаправленная ЭДС. Ну и как , реально? Можно ли патентовать?

Сама конструкция ротора УГ , конечно же , не висит в воздухе , а насаживается в районе перемычек на какой-нибудь пластмассовый или алюминиевый барабан с осью и двумя токосъёмными кольцами.

В целом такой генератор придётся весьма кстати на автомобилях с напряжением 12 и 24 вольта.

Диск Фарадея, униполярная машина, парадокс Фарадея

Изучая диск Фарадея и т.н. «парадокс Фарадея», провел несколько простых опытов и сделал несколько интересных выводов. В первую очередь о том, на что следует обращать больше всего внимания для того, чтобы лучше понять процессы происходящие в этой (и подобных) униполярной машине.

Понимание принципа работы диска Фарадея помогает понять также то, как работают вообще все трансформаторы, катушки, генераторы, электродвигатели (в т.ч. униполярный генератор и униполярный двигатель) и т.п.

В заметке рисунки и подробное видео с разными опытами, иллюстрирующими все выводы без формул и подсчетов, «на пальцах».

Все нижеизложенное — попытка осмысления без претензий на академическую достоверность.


Направление силовых линий магнитного поля

Главный вывод который я для себя сделал: первое, на что стоит всегда обращать внимание в подобных системах — это геометрия магнитного поля, направление и конфигурация силовых линий.

Только геометрия силовых линий магнитного поля, их направление и конфигурация могут внести определенную ясность в понимание процессов, происходящих в униполярном генераторе или униполярном двигателе, диске Фарадея, а также любом трансформаторе, катушке, электродвигателе, генераторе и т.п.

Я для себя распределил степень важности так — 10% физики, 90% геометрии (магнитного поля) для понимания происходящего в этих системах.

Более подробно все описано в видео (см. ниже).

Надо понимать что диск Фарадея и внешняя цепь со скользящими контактами так или иначе образуют хорошо известную со школьных времен рамку — ее образует участок диска от его центра к месту соединения со скользящим контактом у его края, а также вся внешняя цепь (подходящие к контактам проводники).

Направление силы Лоренца, Ампера

Сила Ампера — частный случай силы Лоренца (см. Википедию).

Ниже на двух картинках показана сила Лоренца действующая на положительные заряды во всей цепи («рамке») в поле магнита типа «бублик» для случая когда внешняя цепь жестко соединена с медным диском (т.е. когда скользящие контакты отсутствуют, и внешняя цепь напрямую припаяна к диску).

1 рис. — для случая когда вся цепь вращается внешним механическим усилием («генератор»).
2 рис. — для случая, когда через цепь подается постоянный ток от внешнего источника («двигатель»).

Нажмите на один из рисунков, чтобы увеличить.

Далее чуть подробнее о том как здесь из «генератора» получается полноценный униполярный генератор (без кавычек).

Сила Лоренца проявляется (генерируется ток) только в участках цепи, ДВИГАЮЩИХСЯ в магнитном поле

Униполярный генератор

Итак, поскольку сила Лоренца, действующая на заряженные частицы диска Фарадея или униполярного генератора, будет действовать противоположно на разных участках цепи и диска, то для получения тока из этой машины следует приводить в движение (вращать) только те участки цепи (по возможности), направление силы Лоренца в которых будет совпадать. Остальные участки должны быть либо неподвижны, либо исключены из цепи, либо вращаться в противоположную сторону.

Вращение магнита не изменяет однородность магнитного поля вокруг оси вращения (см. последний раздел), поэтому стоит магнит или вращается — не играет роли (хотя идеальных магнитов не бывает, и неоднородность поля вокруг оси намагниченности, вызванная недостаточным качеством магнита, тоже оказывает некоторое влияние на результат).

Здесь важную роль играет то, какая часть всей цепи (включая подводящие провода и контакты) вращается, а какая неподвижна (т.к. только в движущейся части возникает сила Лоренца). А главное — в какой части магнитного поля находится вращающаяся часть, и из какого участка диска производится съем тока.

Например, если диск будет выступать далеко за пределы магнита, то в выступающей за край магнита части диска можно снять ток направления противоположного току который можно снять в части диска расположенной непосредственно над магнитом.

Униполярный двигатель

Все вышесказанное о генераторе справедливо и для режима «двигатель».

Подавать ток надо по возможности в те части диска, в которых сила Лоренца будет направлена в одну сторону. Именно эти участки надо освободить, предоставив возможность им свободно вращаться и «разорвать» цепь в соответствующих местах, поставив скользящие контакты (см. рисунки далее).

Остальные участки надо по возможности либо исключить, либо минимизировать их влияние.


Видео — опыты и выводы

Время разных этапов этого видео:

3 мин 34 сек — первые опыты

7 мин 08 сек — на что обращать главное внимание и продолжение опытов

16 мин 43 сек — ключевое объяснение

22 мин 53 сек — ГЛАВНЫЙ ОПЫТ

28 мин 51 сек — 2 часть, интересные наблюдения и еще опыты

37 мин 17 сек — ошибочный вывод одного из опытов

41 мин 01 сек — о парадоксе Фарадея


Что от чего отталкивается?

Мы с товарищем-электронщиком долго обсуждали эту тему и он высказал мысль построенную вокруг слова «отталкивается«.
Мысль, с которой я согласен — если что-то начинает движение, то оно от чего-то должно отталкиваться. Если что-то движется, то оно движется относительно чего-то.

Упрощенно говоря, можно сказать, что часть проводника (внешняя цепь или диск) отталкивается от магнита! Соответственно на магнит (через поле) действуют силы отталкивания. Иначе вся картина рушится и теряет логику. Про вращение магнита — см. раздел ниже.

На рисунках (можно кликнуть для увеличения) — варианты для режима «двигатель».
Для режима «генератор» работают те же принципы.

Здесь действие-противодействие происходит между двумя главными «участниками»:

  • магнит (магнитное поле)
  • разные участки проводника (заряженные частицы проводника)

Соответственно, когда диск вращается, а магнит неподвижен, то действие-противодействие происходит между магнитом и частью диска.

А когда магнит вращается вместе с диском, то действие-противодействие происходит между магнитом и внешней частью цепи (зафиксированными подводящими проводниками). Дело в том, что вращение магнита относительно внешнего участка цепи — это тоже самое, что вращение внешнего участка цепи относительно неподвижного магнита (но в противоположную сторону). В этом случае медный диск в процессе «отталкивания» почти не участвует.

Выходит так, что в отличие от заряженных частиц проводника (которые могут двигаться внутри него), магнитное поле жестко связано с магнитом. В т.ч. вдоль окружности вокруг оси намагниченности.
И еще один вывод: сила притягивающая два постоянных магнита — не какая-то загадочная сила перпендикулярная силе Лоренца, а это сила Лоренца и есть. Все дело во «вращении» электронов и той самой «геометрии«. Но это уже другая история…

Вращение «голого» магнита

В конце видео есть забавный опыт, и вывод о том, почему часть электрической цепи можно заставить вращаться, а заставить вращаться магнит «бублик» вокруг оси намагниченности — не получается (при неподвижной электрической цепи постоянного тока).

Проводник можно разорвать в местах противоположного направления силы Лоренца, а магнит разорвать нельзя

Дело в том что магнит и весь проводник (внешняя цепь и сам диск) образуют связанную пару — две взаимодействующие системы, каждая из которых замкнута внутри себя. В случае с проводником — замкнута электрическая цепь, в случае с магнитом — «замкнуты» силовые линии магнитного поля.

При этом, в электрической цепи проводник можно физически разорвать, не нарушая самой цепи (поставив диск и скользящие контакты), в тех местах, где сила Лоренца «разворачивается» в обратном направлении, «отпустив» разные участки электрической цепи двигаться (вращаться) каждый в свою, противоположную друг другу сторону, а разорвать «цепь» силовых линий магнитного поля или магнита, так чтобы разные участки магнитного поля «не мешали» друг другу — видимо невозможно (?). Никаких подобий «скользящих контактов» для магнитного поля или магнита кажется еще не придумали.

Поэтому и возникает проблема с вращением магнита — его магнитное поле представляет собой цельную систему, которая всегда замкнута в себе и неразрывна в теле магнита. В ней противоположные силы на участках, где магнитное поле разнонаправленно, взаимно компенсируются, оставляя магнит неподвижным.

При этом, работа силы Лоренца, Ампера в неподвижно зафиксированном проводнике в поле магнита, уходит видимо не только на нагрев проводника, но и на искажение силовых линий магнитного поля магнита.

КСТАТИ! Интересно было бы провести опыт, в котором через неподвижный проводник, находящийся в поле магнита, пропустить огромный ток, и посмотреть — как будет реагировать магнит. Нагреется ли магнит, размагнитится ли, или может быть он просто разломается на куски (и тогда интересно — в каких местах?).

Все вышеизложенное — попытка осмысления без претензий на академическую достоверность.

Вопросы

Что осталось не до конца ясным и требует проверки:

1. Можно ли все-таки заставить вращаться магнит отдельно от диска?

Если дать возможность и диску, и магниту, свободно вращаться независимо друг от друга, и подать ток на диск через скользящие контакты, то будут ли и диск, и магнит вращаться? И если да, то в какую сторону будет вращаться магнит? Для эксперимента нужен большой неодимовый магнит — его у меня пока нет. С обычным магнитом не хватает силы магнитного поля.

2. Вращение разных частей диска в разные стороны

Если сделать свободно вращающимися независимо друг от друга и от неподвижного магнита — центральную часть диска (над «дыркой бублика» магнита), среднюю часть диска, а так же часть диска выступающую за край магнита, и подать ток через скользящие контакты (в т.ч. скользящие контакты между этими вращающимися частями диска) — будут ли центральная и крайняя часть диска вращаться в одну сторону, а средняя — в противоположную?

3. Сила Лоренца внутри магнита

Действует ли сила Лоренца на частицы внутри магнита, магнитное поле которого искажается внешними силами?


Униполярный двигатель Фарадея — Размышлизмы разумного человека — LiveJournal

? LiveJournal
  • Find more
    • Communities
    • RSS Reader
  • Shop
  • Help
Login
  • Login
  • CREATE BLOG Join
  • English (en)
    • English (en)
    • Русский (ru)
    • Українська (uk)

Униполярный генератор — это… Что такое Униполярный генератор?

Униполярный генератор — разновидность электрической машины постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-й токосъёмник у края диска.

Диск Фарадея, первый униполярный генератор

Принцип действия

На электроны, находящиеся в диске, действует Сила Лоренца, являющаяся векторным произведением напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником в результате вращения диска. Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем.

В отличие от других электрических машин, такой генератор имеет:

  • чрезвычайно низкую ЭДС (от долей до единиц вольт) при низком внутреннем сопротивлении и большом токе;
  • равномерность получаемого тока, отсутствие необходимости коммутировать его коллектором ротора, или выпрямлять полученный другими машинами переменный ток внешними коммутирующими или электронным приборами;
  • большие собственные потери энергии из-за протекающих по диску обратных токов, его бесполезно нагревающих. Эта проблема частично решается в конструкциях двигателей и генераторов с жидким проводящим токосъёмником по всему периметру диска;
  • Опыты с двумя дисками, вращающихся навстречу и касающимися друг-друга — показали лучшие результаты.

Сочетание этих свойств обусловило очень узкие сферы применения этого типа генераторов.

История

Диск Фарадея

В 1831 году Майкл Фарадей, открыв закон электромагнитной индукции, помимо прочих экспериментов, построил наглядное устройство преобразования механической энергии в электрическую — диск Фарадея. Это было чрезвычайно неэффективное устройство, однако оно имело значительную ценность для дальнейшего развития науки.

Закон электромагнитной индукции, сформулированный Фарадеем, рассматривал проводящий контур, пересекающий линии магнитного поля. Однако в случае диска Фарадея магнитное поле было направлено вдоль оси вращения, контур относительно поля не перемещался. Наибольшее же удивление вызвал тот факт, что вращение магнита вместе с диском также приводило к появлению ЭДС в неподвижной внешней цепи. Так появился парадокс Фарадея, разрешённый только через несколько лет после его смерти с открытием электрона — носителя электрического заряда, движение которого обуславливает электрический ток в металлах.

Наглядно видимая парадоксальность униполярной индукции выражается следующей таблицей, в которой описаны различные комбинации из вращения и неподвижности частей установки, и восклицательным знаком отмечен результат, интуитивно не объяснимый — возникновение тока в неподвижной внешней цепи при одновременном вращении диска и закреплённого вместе с ним магнита.

магнит диск внешняя цепь есть ли напряжение?
неподвижен неподвижен неподвижен отсутствует
неподвижен вращается неподвижен Есть
неподвижен неподвижен вращается Есть
неподвижен вращается вращается не определено
вращается неподвижен неподвижен отсутствует
вращается вращается неподвижен Есть (!)
вращается неподвижен вращается Есть
вращается вращается вращается не определено

Последовательное же объяснение явления униполярной индукции даётся теорией относительности.

Патенты и некоторые практические конструкции

  • Charles E. Ball (US238631; March 1881), en:Sebastian Ziani de Ferranti, en:Charles Batchelor получили самые ранние известные патенты на конструкции униполярных генераторов.
  • Никола Тесла (U.S. Patent 406 968) разработал конструкцию, в которой вращались на параллельных осях два диска в разных по направлению магнитных полях связаные металлическим ремнем.
  • В 1989 году в Австралии действовал униполярный генератор, вырабатывавший ток 1500 кА при напряжении 800 В.

Физика плазмы, МГД генераторы

Астрофизика

Наиболее существенной сферой современного применения представления об униполярном генераторе является астрофизика. В ряде звёздных систем в космосе наблюдаются природные магнитные поля и проводящие диски из плазмы, поведение которых как бы повторяет опыты Фарадея и Теслы.

Псевдонаучное шарлатанство

Данный тип электрических машин неоднократно использовался для построения вечного двигателя, источника даровой энергии и тому подобных мистификаций.

Наиболее известна история так называемой «N-машины» Брюса де Пальма (2 октября 1935 — октябрь 1997), который декларировал, что в его конструкции произведённая диском Фарадея энергия будет в пять раз больше, чем затраченная на его вращение. Однако в 1997 году, уже после смерти Брюса де Пальма, построенный экземпляр его машины был официально испытан с отрицательным результатом. Произведённая энергия рассеивалась в виде тепла, и величина её не превышала затраченной.

Основой для таких спекуляций служит неверное понимание известного «парадокса Фарадея» и представление о том, что разрешение этого «парадокса» кроется в каких-то особых полях и свойствах пространства (например, «торсионных»).

Также встречаются конструкции «униполярных генераторов» и двигателей, авторы которых рекламируют колоссальный выигрыш по сравнению с традиционными электрическими машинами.

Также муссируется неверно применённый к данному классу устройств термин «униполярный» (homopolar). На самом деле эти устройства следовало бы правильнее называть «устройствами однородного магнитного поля, постоянного тока и некоммутируемого соединения ротора», так как в прочих электрических машинах используется и/или неоднородное магнитное поле и/или переменный ток и/или коммутация частей обмотки ротора.

Дополнительные сложности при объяснении работы униполярных электрических машин вызывает представление о движении носителей заряда, электронов, в частности термин «скорость». Во-первых, сразу возникает вопрос о том, скорость относительно чего мы рассматриваем в данном случае. Во-вторых, ознакомление невнимательного энтузиаста со специальной теорией относительности может привести его к запутывающему жонглированию понятиями «наблюдатель», «скорость» и тому подобными.

Ссылки

См. также

униполярный генератор Фарадея : Пургаторий (Ф)

Кому-то на нашем форуме не понравилась моя заметка , предназначенная для форума СТО однако. Если кому недосуг заглянуть на этот форум , прочитайте о последствиях, которые она там произвела. Название: Re: СТО однако! Отправлено: Хартиков Сергей от 06.05.2009
________________________________________
Раз уж всплыла эта тема двухлетней давности, то я хотел бы еще раз извиниться, в том числе и перед уважаемым Тать, за то, что настоятельно вводил его в заблуждение насчет поляризации во вращающемся магните. Позднее (см. http://www.astronomy.ru/forum/index.php … #msg857327 (http://www.astronomy.ru/forum/index.php … #msg857327)) я провел точные расчеты и убедился, что ошибался, утверждая будто фактической поляризации там нет. На все выводы в данной теме этот факт никак не влияет, но все же ради истины следует это уточнить. Для меня это было весьма поучительно. В самооправдание скажу, что расчеты не очень просты.
Отправлено: Тать от 07.05.2009 [13:42:29]
________________________________________
Хартиков Сергей. Остается только поздравить Вас! у Хоукинга признание своих ошибок заняло 30 лет, в чем то Вы его превзошли :D Не пройтись ли по инерции по другим спорным темам, может где еще народ дурили, а? ;D

________________________________________Отправлено: Kostyrko от 08.05.2009 [09:49:06]
________________________________________
Цитата Тать: «Остается только поздравить! …»
Признание своих ошибок в дискуссиях – это нормально и весьма полезно для тематики форума. В отличие от комментариев к этим признаниям, размещение которых, по крайней мере, не соответствуют тематике форума.

— Вс май 17, 2009 07:34:22 —

Новый Алекс не взял пример с Сергея Хартикова , упустил время для признания ошибок.
Итак. В восьмом классе изучают не силу Лоренца , а силу Ампера. Т. е. силу , действующую на проводник с током в магнитном поле. Fa= BI L и E=BLV, вот
две основные формулы , объясняющие работу машин постоянного тока , в т. ч. и ген-ра Фарадея. В старших классах при расширении знаний о природе эл. тока и магнетизма приходит черёд силе Лоренца Fл=BqV. Как видно из формулы никаких ограничений от и до в ней нет. Сам товарищ Лоренц очень удивился бы , если б услышал, что при увеличении потенциала вычисленная по его формуле сила сходит на нет. То есть , по такой схеме. Раскручиваем диск в магнитном поле , электроны , как им и положено , дрейфуют , допустим , к периферии , разность потенциалов растёт, и всё бы хорошо , но вдруг по мнению Нью Алекса всё должно дать задний ход. Ведь при возросшем заряде сила Лоренца уменьшается. Да уж такого осмысления своей формулы
товарищ Лоренц наверняка не ожидал.
Наша трактовка явлений. При вращении диска в магнитном поле при разомкнутой
внешней цепи созданная разность потенциалов так и держит заряды в напряжённом состоянии, пока крутится диск и действует магнитное поле. Тока , как движения зарядов в проводнике, нет, тем более , что я предлагаю подать на диск положительный заряд до 50 кВ. Тут в пору говорить не о внесении , а об изъятии зарядов. Само же круговое движение зарядов создаёт небольшое маг. поле. Законы природы незыблемы , как на нейтральный , так и на заряженный диск действует радиальная сила Лоренца , сопутствующая тангенциальному движению. Но, индуцированная ею ЭДС, по сравнению с 50 кВ , практически нулевая. Зато наоборот резко в 50000 раз возрастает величина тангенциальной , прежде отсутствовавшей силы Лоренца, сопутствующей центростремительному ускорению. Диск начинает вращаться сам собой, используя некоторую даровую энергию.
Согласен с тем , что даже при 50 кВ заряд на диске маловат. Всякое тело обладает некоторой электрической ёмкостью. С= q/U. Отсюда q=CU. То есть заряд напрямую зависит от напряжения. Поэтому во второй части статьи про конвертор Фарадея я и предложил преобразить конвертор в конденсатор, для резкого увеличения заряда. Почему-то мало кто смог разобраться в этом предложении.
Думаю , что остальные вопросы , поставленные Алексом , отпадают сами собой.

ENERGOINFORM.ORG — Опыт профессионалов — Униполярный мотор-генератор

Энергоинформ / Опыт профессионалов / Униполярный мотор-генератор

Униполярный мотор-генератор

Введение

Продолжая наши исследования двигательной электромагнитной индукции, начатые нами ранее [1], мы решили выявить наличие крутящего момента в «замкнутом магнитном поле» в униполярных моторах-генераторах. Сохранение кинетического момента исключает частное взаимодействие между создающим поле магнитом и проводом, по которому течет напряжение, как это наблюдается в ранее изученных конфигурациях «открытого магнитного поля». Баланс кинетического момента теперь наблюдается между активным током и магнитом, а также его ярмом целиком.

Электродвижущая сила, вызываемая вращающимися магнитами

На рисунке отображено свободное вращение по часовой стрелке магнита, северный полюс которого проходит под двумя проводами: пробником и контактным проводом, находящимися в покое в лабораторных условиях. В обоих вышеуказанных проводах электроны движутся центростремительно. Каждый провод становится источником электродвижущей силы (ЭДС). В случае если концы проводов соединены, цепь представляет собой два идентичных источника электродвижущей силы, соединенных в противофазе, что препятствует движению тока. Если закрепить пробник на магните, обеспечив, таким образом, непрерывность течения тока по проводам, то постоянный ток будет течь по всей цепи [1, 2]. Если же пробник находится в состоянии покоя относительно магнита, индукция будет наблюдаться только в контактном проводе, находящемся в движении относительно магнита. Пробник играет пассивную роль, являясь проводником тока [1, 2, 3].

Вышеизложенное экспериментальное открытие, находясь в полном соответствии с электродинамикой Вебера [12, 13], ставит точку в вопросе недопонимания принципов двигательной электромагнитной индукции [14,15,16, 17, 18], а также укрепляет позиции сторонников теории «линий вращающегося поля» [19].

Рис. 1. Униполярный установочный магнит, пробник и контактный провод.

Крутящий момент, наблюдаемый в свободно вращающихся магнитах

Двигатель, отображенный на Рис. 1, имеет и обратно направленное действие: путем пропускания постоянного тока через соединенные электрически, но механически развязанные провода, мы получаем конфигурацию мотора.

Очевидно, что если пробник припаян к контактному проводу, образуя, таким образом, закрытый контур, компенсация крутящего момента препятствует вращению магнита и контура.

Униполярный мотор замкнутого магнитного поля

В целях изучения свойств униполярных моторов, действующих при замкнутом в железном сердечнике магнитном поле, нами были внесены небольшие изменения в предыдущие эксперименты [1].

На Рис. 2 изображен железный сердечник, далее по тексту называемый «ярмом», используемый для замыкания магнитного поля, созданного равномерным цилиндрическим постоянным магнитом, свободно вращающимся на линии своей оси.

Рис. 2. Установка, работающая на замкнутом магнитном поле.

Ярмо поперечно пересекает расположенная коллинеарно с осью магнита левая часть провода-контура, через который протекает постоянный ток. Несмотря на то, что сила Лапласа воздействует на эту часть провода, этого недостаточно для того, чтобы развить крутящий момент. Как верхняя горизонтальная, так и правая вертикальная части провода расположены в области, на которую не оказывает влияние магнитное поле (не принимая во внимание магнитное рассеяние). Нижняя горизонтальная часть провода, далее по тексту именуемая пробником, расположена в зоне наибольшей интенсивности магнитного поля (воздушный зазор). Сам контур не может рассматриваться как состоящий из пробника, присоединенного к контактному проводу.

Согласно постулатам электродинамики, пробник будет являться активной областью создания углового момента в катушке, а само вращение будет иметь место в случае, если сила тока будет достаточной для преодоления момента силы трения.

Описанное выше навело нас на мысль, что для того, чтобы усилить действие данного эффекта, необходимо заменить одинарный контур катушкой, состоящей из п контуров. В описываемой в данный момент конфигурации «активная длина» пробника достигает приблизительно 4 см, N = 20, а магнитное поле на пробнике достигает величины 0,1 Тесла.

Хотя динамическое поведение катушки легко предсказуемо, того же самого нельзя сказать о магните. С точки зрения теории мы не можем ожидать непрерывного вращения магнита, поскольку это подразумевало бы создание углового момента. Вследствие пространственных ограничений, налагаемых конструкцией ярма, катушка не в состоянии совершить полный оборот и, после незначительного углового перемещения, должна столкнуться с находящимся в состоянии покоя ярмом. Непрерывное вращение магнита подразумевает создание несбалансированного углового момента, источник которого трудно определить. Более того, если мы допускаем совпадение кинематического и динамического вращения [20], мы должны, по всей видимости, ожидать силовое взаимодействие между катушкой, магнитом, а также сердечником как полностью намагниченного массива. Для того чтобы подтвердить данные логические выводы на практике, нами были проведены следующие эксперименты.

ЭКСПЕРИМЕНТ N 1

1-a. Свободное вращение магнита и катушки в лабораторных условиях

Центробежный в нижней части контура постоянный ток, сила которого варьируется от 1 до 20 А, подается на катушку, располагающуюся на северном полюсе магнита. Ожидаемый угловой момент наблюдается, когда сила постоянного тока достигает значения приблизительно в 2 А, что является достаточным условием для преодоления трения опор катушек. Как и ожидалось, вращение меняет свое направление на обратное при подаче в контур центростремительного постоянного тока.

Вращение магнита не наблюдалось ни в одном случае, хотя значение момента силы трения для магнита не превышало 3-10 ~3Н/мΘ

1-b. Магнит с прикрепленной к нему катушкой
Рис. 3. Использовавшаяся в эксперименте №2
конфигурация.
Фото 1. Соответствует Рис. 3

Если катушку прикрепить к магниту, как катушка, так и магнит будут совместно вращаться в направлении по часовой стрелке при достижении центробежным постоянным током (в активной части контура) силы, превышающей значение 4 А. Направление движения меняется на обратное при подаче в контур центростремительного постоянного тока. Вследствие компенсации действие-противодействие данный эксперимент исключает частное взаимодействие между магнитом и катушкой. Наблюдаемые свойства вышеописанного двигателя сильно отличается от эквивалентной конфигурации «открытого поля». Опыт указывает нам на то, что взаимодействие будет происходить между системой «магнит + ярмо» как единым целым и активной частью катушки. С целью пролить свет на данный вопрос нами были проведены два независимых друг от друга эксперимента.

Пробник свободно вращается в воздушном зазоре, тогда как контактный провод остается прикрепленным к опоре. В случае если внутри пробника течет центробежный постоянный ток, сила которого приблизительно равна 4 А, регистрируется вращение пробника по часовой стрелке. Вращение происходит против часовой стрелки в случае, если на пробник подается центростремительный постоянный ток. При повышении силы постоянного тока до уровня в 50 А вращение магнита также не наблюдается.

ЭКСПЕРИМЕНТ N 2

Рис. 3. 2-а. Механически разъединенные Использовавшаяся пробник и контактный провод

В качестве пробника нами использовался провод L-образной формы. Пробник и контактный провод электрически соединяются через чашки, наполненные ртутью [1,3], однако механически они разъединены (Рис. 3 + фото 1).

2-b. Пробник прикреплен к магниту

В данном случае пробник присоединяется к магниту, при этом оба свободно вращаются в воздушном зазоре. Вращение по часовой стрелке наблюдается в случае, когда сила центробежного постоянного тока достигает значения в 10 А. Вращение меняет направление на противоположное, если подается центростремительный постоянный ток.

Контактный провод, являющийся причиной вращения магнита в эквивалентной конфигурации «открытого поля», теперь располагается в области меньшего воздействия поля, являясь пассивным элементом создания углового момента.

С другой стороны, намагниченное тело (в данном случае — ярмо) не в состоянии вызвать вращение другого намагниченного тела (в данном случае — самого магнита). «Увлечение» магнита пробником представляется наиболее приемлемым объяснением наблюдаемого феномена. Для того чтобы подкрепить последнюю гипотезу дополнительными экспериментальными фактами, заменим имеющий равномерный цилиндрический магнит другим магнитом, у которого отсутствует круговой сектор, составляющий 15º (фото 2). В данной модификации проявляется сингулярность близкого воздействия, которой ограничивается магнитное поле [1,2,3,4].

2-c. Пробник, свободно вращающийся в области сингулярности магнита.

Как и ожидалось, вследствие изменения полярности поля, при прохождении по пробнику центробежного тока силой около 4A пробник вращается в направлении против часовой стрелки, тогда как магнит вращается в противоположном направлении. Очевидно, что в данном случае имеет место локальное взаимодействие в полном соответствии с третьим законом Ньютона.

2-d. Пробник, прикрепленный к магниту в области сингулярности магнитного поля.

В случае если к магниту прикреплен пробник и по цепи направлен постоянный ток силой достигающей 100A, вращения не наблюдается, несмотря на тот факт, что момент силы трения равен указанному в пункте 2-Ь. Компенсация действие-противодействие сингулярности уничтожает взаимное вращательное взаимодействие между пробником и магнитом. Следовательно, данный эксперимент опровергает гипотезу о скрытом угловом моменте, воздействующем на магнит.

Таким образом, активная часть контура, по которому течет ток, является единственной причиной движения магнита. Экспериментальные результаты, достигнутые нами, показывают, что магнит больше не может являться источником реактивных моментов вращения, как это наблюдается в конфигурации «открытого поля». В конфигурации с «замкнутым полем» магнит играет лишь пассивную электромеханическую роль: он является источником магнитного поля. Взаимодействие сил теперь наблюдается между током и всем намагниченным массивом.

Фото 2. Эксперименты 2-е и 2-d

ЭКСПЕРИМЕНТ N 3

3-а. Симметричная копия эксперимента 1-а

Ярмо весом в 80 кг подвешивалось с помощью двух стальных проводов длиной 4 метра, прикрепленных к потолку. При установке катушки с 20 витками наблюдается поворот ярма на угол в 1 градус при достижении силой постоянного тока (в активной части ярма) значения, равного 50А. Ограниченное вращение наблюдается над линией, с которой совпадает ось вращения магнита. Незначительное проявление данного эффекта легко наблюдается при использовании оптических средств. Вращение меняет свое направление на противоположное при изменении направления постоянного тока.

При присоединении катушки к ярму не наблюдается никакого углового отклонения даже при достижении силой тока значения равного 100А.

Униполярный генератор «замкнутого поля»

Если униполярный мотор-генератор является двигателем, изменяющим направление вращения на обратное [1,2], выводы, относящиеся к конфигурации мотора, могут быть применены, с соответствующими изменениями, к конфигурации генератора:

1. Осциллирующая катушка

Пространственно ограниченное вращение катушки генерирует ЭДС, равную NwBR2/2, меняющую знак при изменении направления вращения на обратное. Параметры измеряемого на выходе тока не изменяются при присоединении катушки к магниту. Данные качественные измерения производились при помощи катушки с 1000 витками, которая передвигалась вручную. Выходной сигнал усиливался при помощи линейного усилителя. В случае, когда катушка оставалась в состоянии покоя в лаборатории, скорость вращения магнита достигала 5 оборотов в секунду; однако в катушке не регистрировалось наличие электрического сигнала.

2. Разделенный контур Эксперименты по выработки электрической энергии с пробником, механически отделенным от контактного провода, нами проведены не были. Несмотря на это, и благодаря полной обратимости, продемонстрированной электромеханической конверсией [1, 2], легко сделать вывод

о поведении каждого компонента в реально действующем двигателе. Применим, шаг за шагом, все выводы, сделанные по работе мотора, к генератору:

ЭКСПЕРИМЕНТ 2-А’

При вращении пробника вырабатывается ЭДС, меняющая знак при изменении направления вращения на обратное. Вращение магнита не может вызвать появление ЭДС.

ЭКСПЕРИМЕНТ 2-В’

В случае если пробник прикреплен к магниту и при этом производится его вращение, будет получен результат, эквивалентный описанному в эксперименте №2а. В случае с любыми конфигурациями, использующими «замкнутое поле» вращение магнита не играет сколько-нибудь существенной роли в генерации ЭДС. Вышеприведенные выводы частично подтверждают некоторые ранее сделанные, хотя и ошибочные в отношении конфигурации «открытого поля», заявления, в частности, принадлежащие Пановскому [16] и Фейнману [17].

ЭКСПЕРИМЕНТЫ 2-С’ И 2-D’

Пробник, находящийся в движении относительно магнита, будет являться причиной выработки ЭДС. Появление ЭДС не наблюдается при вращении магнита, к которому в сингулярности его поля прикреплен пробник.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Феномен униполярности в течение почти двух столетий представляет собой область теории электродинамики, являющуюся источником множества трудностей в ее изучении [21]. Целый ряд проведенных экспериментов, включавших в себя исследование конфигураций как «закрытого», так и «открытого» поля, позволил выявить их общую особенность: сохранение углового момента.

Реактивные силы, источником которых является магнит в «открытых» конфигурациях, в «закрытых» конфигурациях имеют своим источником весь намагниченный массив. Указанные выше выводы находятся в полном соответствии с теорией об Амперовых поверхностных токах, являющихся причиной магнитных эффектов [22]. Источник магнитного поля (сам магнит) индуцирует Амперовы поверхностные токи на ярмо целиком. Как магнит, так и ярмо взаимодействуют с омическим током, пересекающим цепь.

В свете проведенных экспериментов представляется возможным высказать пару замечаний о противоречии между концепциями «вращающихся» и «неподвижных» силовых линий магнитного поля:

При наблюдении «открытых» конфигураций напрашивается предположение, что силовые линии магнитного поля вращаются, будучи «прикрепленными» к магниту, тогда как при наблюдении «замкнутых» конфигураций упомянутые выше силовые линии, предположительно, направлены на весь намагниченный массив.

В отличие от «открытых» конфигураций, в «закрытых», благодаря системе «магнит + ярмо», существует лишь активный момент вращения κ(M+Y),C, воздействующий на активный (омический) ток С. Реакция активного тока на систему «магнит+ярмо» выражается в эквивалентном, но противоположном моменте вращения κC,M+Y). Общее значение момента вращения равно нулю: L — LM+Y LC — 0 и означает, что (Iw)M+Y=-(I)C.

Проведенные нами эксперименты подтверждают результаты измерений Мюллером униполярной двигательной индукции в применении к генерации ЭДС [23, 24]. К сожалению, Мюллеру (подобно Уэзли [25]) не удалось систематизировать наблюдавшиеся им факты.

Произошло это, по все видимости, по причине неверного понимания частей процесса взаимодействия. В своем анализе Мюллер сконцентрировал внимание на паре магнит-провод, нежели на системе «магнит + ярмо»/провод, которая по сути, и является физически релевантной.

Итак, логическое обоснование теорий Мюллера и Уэзли имет некоторые сомнения относительно сохранения момента вращения.

Жорже Гуала-Валверде (Jorge Guala-Valverde), Педро Маззони (Pedro Mazzoni)

Новая Энергетика N 1(16), 2004

ПРИЛОЖЕНИЕ: ДЕТАЛИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Рис. 4
Фото 3.

С целью уменьшить момент силы трения на несущую часть магнита, нами было разработано приспособление, изображенное на Рис. 4 и фото 3.

Магнит был помещен нами в тефлоновую «лодочку», плавающую в чаше, наполненной ртутью. Сила Архимеда уменьшает фактический вес данного приспособления. Механический контакт между магнитом и ярмом достигается путем использования 4-х стальных шариков, размещенных в двух круглых канавках, имеющих форму окружности и расположенных на совмещенных поверхностях магнита и ярма. Ртуть добавлялась нами до момента достижения свободного скольжения магнита по ярму.

Авторы выражают признательность Тому Е., Филипсу и Крису Гажлиардо за ценное сотрудничество.

Жорже Гуала-Валверде (Jorge Guala-Valverde), Педро Маззони (Pedro Mazzoni).
Новая Энергетика N 1(16), 2004

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *