Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5

Надо также отметить, что при анализе результатов экспериментов автор старался, по возможности, использовать общепринятые законы и формулы электромагнетизма. В статье практически отсутствуют математические выкладки, упор сделан на физический смысл изучаемых явлений.

4. Механизмы индуцирования ЭДС — обзор и вопросы

По поводу механизмов наведения ЭДС (и, соответственно, выработки механической энергии — для моторов). Их, собственно, два — фарадеев и лоренцев. Это что, разные механизмы или же проявления одного и того же механизма? Ответа на это нет ни в одном учебнике. Если это разные механизмы, то могут ли они работать одновременно? Складываются или вычитаются?

Надо отметить, что:

• Вообще-то, фарадеев — это статический механизм не связанный с движением проводника и поля (если только при движении носителя поля не меняется его напряженность, но и в этом случае это также статика).

• Лоренцев — чисто динамический — движение проводника (электрических зарядов) в магнитном поле. Но какое движение — абсолютное или относительное? Если — относительное, то движение носителя поля относительно проводника и движение проводника относительно носителя поля — это одно и то же? Согласно современным представлениям (принятым, кстати, по умолчанию, прямых указаний в литературе на это нет — вроде как, само собой разумеется) — это одно и тоже. Но ряд экспериментальных результатов противоречит этому положению. В связи с этим, можно предложить две гипотезы:

• Первая гипотеза — Поле движется вместе с носителем (магнитом).

• Вторая гипотеза — Поле окружает магнит (как облако) и его напряженность в данной точке может меняться только в случае если движущийся (вращающийся) магнит имеет неоднородности. То есть, магнитное поле есть скалярное образование.

Первая гипотеза является, как бы, общепринятой. Кроме того, путаница с двумя механизмами наведения ЭДС, которые, в большинстве случаев трудно отделить друг от друга, затрудняет проверку этих гипотез (а результат всегда трактуется в пользу первой гипотезы).

В частности, одной из целей данных экспериментов и была проверка этих гипотез.

5. Коротко о «униполярном генераторе»

Выдержки из литературы:

Изобретен Фарадеем. Был модифицирован Теслой и используется сейчас, когда нужны очень большие токи (миллионы ампер в импульсе) и малое напряжение. Самый мощный генератор тока из известных. Принцип действия неясен. Есть мнение, что он производит энергию ни из чего. Обратим, и может быть мотором.

16 патентов США, выданных на конструкцию униполярных генераторов, помещены на веб-сайте патентного офиса США .

Конструкция:

Состоит из проводящего диска (цилиндра) и дискового (цилиндрического) магнита с полюсами расположенными сверху и снизу. ЭДС (снимаемая щетками, одной соединенной с осью, а другой скользящей по краю диска.) наводится в диске между осью и краем диска при следующих условиях:

• При вращении диска относительно неподвижного магнита,

• При вращении диска вместе с магнитом (генератор без статора!).

• И, что очень важно, не наводится при вращении магнита относительно неподвижного диска (!).

Таким образом, для получения ЭДС необходимо вращение проводящего диска, стоит ли при этом магнит или вращается вместе с диском — не имеет значения (этому, как раз, не могут найти объяснения). Очевидный механизм наведения ЭДС — лоренцев (фарадеев не работает по определению, т. к. dФ/dt = 0). ЭДС легко считается по формуле Лоренца. В частности, в случае однородного поля (В = const) когда вектор В перпендикулярен плоскости диска, при r₁ = 0 (напряжение снимается с оси и края диска) наводимая в диске ЭДС будет равна:

Е = — ¹/₂•?•В•R², где R — радиус диска.

При этом диск можно представить как набор радиальных проводников пересекающих при вращении магнитные силовые линии. Это объяснение можно было бы признать удовлетворительным, если бы не вышеперечисленные особенности этого генератора (в частности, он может состоять из одного ротора — без статора).

Таким образом, выходит, что движение проводника относительно носителя поля и движение носителя поля относительно проводника — это не одно и то же, и данный результат можно трактовать в пользу второй гипотезы. При этом, для наведения ЭДС проводник должен двигаться относительно магнитного поля (не источника магнитного поля, а, именно, магнитного поля).

Кроме того, данная конструкция сразу ставит вопрос о механическом взаимодействии ротора и статора. Так как в замкнутой системе сумма крутящих моментов равна нулю (S М =0), то реактивный момент (зависящий от нагрузки) должен в этом случае быть приложена к статору, который во втором случае вообще отсутствует (конечно, формально статором можно считать щетки и и проводники, соединяющие щетки с нагрузкой).

Модель безстаторного «униполярного генератора» была испытана автором. Ротор генератора представлял собой поляризованный по оси кольцевой NdFeB магнит с размерами 65x20x10 мм и Вr = 1.2 Тл. Магнит был покрыт тонким слоем никеля, являющегося в данном случае проводящим диском. При скорости вращения ротора в 1000 об/мин постоянное напряжение, измеренное между осью и краем магнита (см. Рис. 1) составило 25 мВ.

Униполярный генератор, содержащий только ротор с тем же магнитом (NdFeB, 65x20x10 с Вr = 1.2 Тл), подвешенный на проволоке (см. Рис. 2) был проверен как электродвигатель (Рис. 3). Магнит был покрыт тонким слоем никеля, который в данном случае выполнял функцию проводящего диска.

Рис. 3

При подаче тока через скользящий по середине цилиндрической никелированной поверхности магнита контакт был отчетливо зарегистрирован поворот ротора, что свидетельствует об обратимости униполярного генератора, состоящего из одного ротора. При токе в 1.3 А был измерен момент в 1.14 гс•см. Надо отметить, что вышеприведенные измерения не представляют собой ничего нового, а только подтверждают ранее известные факты.

Затем эксперимент был слегка модифицирован и проводник 2 (медный эмалированный провод 0.1 мм в диаметре) был жестко закреплен на роторе. При подаче тока был зарегистрирован поворот ротора в том же направлении и, приблизительно, на тот же угол. При этом проводник 2 изгибался в направлении, противоположном направлению поворота ротора (Рис. 6). Далее участок проводника 2, длиной 20 мм, был заменен на более жесткий провод диаметром 0.5 мм, не изгибающийся при подаче тока. И в этом случае ротор повернулся на тот же угол. Анализ сил, приложенных к проводнику 2, показывает, что он должен создавать крутящий момент, противоположный направлению вращения диска, то есть, эти моменты должны компенсировать друг друга (см. Рис. 3).

Но диск поворачивается и тянет за собой проводник 2. Данный результат — нетривиальный (такая система не должна двигаться) и нуждается в объяснении.

6. Униполярный генератор с неоднородным магнитом

Конструкция (разработана автором данной статьи) приведена на Рис. 4. Кольцевой ферритовый магнит ломается и одна половина переворачивается, так, что на верхнем и нижнем торцах на одной половине S, а на другой N. На поверхности магнита (на Рис. 4 — красный/синий) закрепляется проводящий диск (на Рис. 4 — желтый). ЭДС снимается щетками 1 и 4.