Парадокс Фарадея
Считается, что в 1831 году Майкл Фарадей изобрёл первую динамо-машину, которая носит имя диск Фарадея. На самом деле самое первое динамо было изобретено Питером Барлоу в 1822 году и носит название колесо Барлоу и они с Фарадеем переписывались на этот счёт. Но Фарадей пошёл заметно дальше Барлоу, сформулировал закон электромагнитной индукции и исследовал это дело вдоль и поперёк. То есть первое в истории человечества устройство, которое могло непрерывно преобразовывать электрическую энергию в механическую и обратно (т.е. первый мотор и генератор) были изобретены 181 год назад. Вот так выглядит оригинальная зарисовка Барлоу:
Зубчатое колесо (на самом деле в зубьях нет необходимости) на проводящей скобе; подковообразный магнит, создающий осевое поле; ванночка со ртутью. Батарея постоянного тока подключается к металлической скобе, через которую электрический ток подаётся к оси колеса и к ванночке со ртутью, в которую опущена внешняя сторона колеса Барлоу.
Ток протекает по радиусу, взаимодействует с перепендикулярным ему магнитным полем постояннго магнита, в результате чего возникает сила (момент силы) направленная перпендикулярно радиусу колеса, по касательной, которая начинает вращать колесо. Это простейший электрический мотор.
Если начать непрерывно крутить колесо с помощью внешнего источника механической энергии а внешнюю цепь замкнуть, то в ней потечёт электрический ток. Чем большую мощность потребляет внешняя цепь, тем сложнее будет вращать колесо. Это простейший генератор.
В чём же заключается парадокс Фарадея?
Если взять круглый постоянный магнит и проводящий диск, собрать простой диск Фарадея и включить его в качестве генератора (крутить внешней силой), возникают интересные возможности:
1. Зафиксируем диск постоянного манита и будем вращать диск Фарадея (ротор генератора) - во внешней цепи начнёт протекать магнитное поле.
2. Зафиксируем диск и начнём вращать магнит: во внешней цепи не возникает никакого тока, хотя ситуация на вид симметрична - есть относительное движение магнита и диска.
3. Самый интересный вариант: соединим магнит и диск и начнём их вращать вместе - во внешней цепи снова начнёт протекать ток, мы снова создали униполярный генератор.
В чём парадокс? Во-первых закон магнитной индукции утверждает, что E = - dФ/dt. То есть генерируемое напряжение есть изменение магнитного потока по времени взятое с обратным знаком. Но во всех трёх случаях формально магнитный поток одинаков и не изменяется, поэтому и производная по времени должна быть равна нулю. Но если подумать о магнитном поле, как о линиях магнитного поля (как их всегда рисуют на разных картинках), то в принципе чем быстрее любой из радиусов диска пересекает эти линии, тем больше будет генерируемое напряжение. То есть чем быстрее вращается диск относительно неподвижного магнитного поля, тем больше должно генерироваться электричества. НО, тогда в случае два возникает вопрос о том, почему силовые линии магнитного поля вращающегося магнита не вызывают магнитной индукции, а в случае три - вызывают, хотя во втором случае магнит вращается, а в третьем не вращается.
Тут сразу же возникает вопрос о том, что силовые линии постоянного магнита НЕ ВРАЩАЮТСЯ вместе с вращающимся магнитом. И опыты типа 2 и 3 красноречиво на это намекают. Потому что если бы силовые линии магнита вращались вместе с магнитом, то тока не было бы в случае 3, а в случае два он бы имел место. Как я понимаю, до сих порямых доказательств или опровержений этого факта нет. Такие курские магнитные аномалии даёт наука в своих законах :)
Зубчатое колесо (на самом деле в зубьях нет необходимости) на проводящей скобе; подковообразный магнит, создающий осевое поле; ванночка со ртутью. Батарея постоянного тока подключается к металлической скобе, через которую электрический ток подаётся к оси колеса и к ванночке со ртутью, в которую опущена внешняя сторона колеса Барлоу.
Ток протекает по радиусу, взаимодействует с перепендикулярным ему магнитным полем постояннго магнита, в результате чего возникает сила (момент силы) направленная перпендикулярно радиусу колеса, по касательной, которая начинает вращать колесо. Это простейший электрический мотор.
Если начать непрерывно крутить колесо с помощью внешнего источника механической энергии а внешнюю цепь замкнуть, то в ней потечёт электрический ток. Чем большую мощность потребляет внешняя цепь, тем сложнее будет вращать колесо. Это простейший генератор.
В чём же заключается парадокс Фарадея?
Если взять круглый постоянный магнит и проводящий диск, собрать простой диск Фарадея и включить его в качестве генератора (крутить внешней силой), возникают интересные возможности:
1. Зафиксируем диск постоянного манита и будем вращать диск Фарадея (ротор генератора) - во внешней цепи начнёт протекать магнитное поле.
2. Зафиксируем диск и начнём вращать магнит: во внешней цепи не возникает никакого тока, хотя ситуация на вид симметрична - есть относительное движение магнита и диска.
3. Самый интересный вариант: соединим магнит и диск и начнём их вращать вместе - во внешней цепи снова начнёт протекать ток, мы снова создали униполярный генератор.
В чём парадокс? Во-первых закон магнитной индукции утверждает, что E = - dФ/dt. То есть генерируемое напряжение есть изменение магнитного потока по времени взятое с обратным знаком. Но во всех трёх случаях формально магнитный поток одинаков и не изменяется, поэтому и производная по времени должна быть равна нулю. Но если подумать о магнитном поле, как о линиях магнитного поля (как их всегда рисуют на разных картинках), то в принципе чем быстрее любой из радиусов диска пересекает эти линии, тем больше будет генерируемое напряжение. То есть чем быстрее вращается диск относительно неподвижного магнитного поля, тем больше должно генерироваться электричества. НО, тогда в случае два возникает вопрос о том, почему силовые линии магнитного поля вращающегося магнита не вызывают магнитной индукции, а в случае три - вызывают, хотя во втором случае магнит вращается, а в третьем не вращается.
Тут сразу же возникает вопрос о том, что силовые линии постоянного магнита НЕ ВРАЩАЮТСЯ вместе с вращающимся магнитом. И опыты типа 2 и 3 красноречиво на это намекают. Потому что если бы силовые линии магнита вращались вместе с магнитом, то тока не было бы в случае 3, а в случае два он бы имел место. Как я понимаю, до сих порямых доказательств или опровержений этого факта нет. Такие курские магнитные аномалии даёт наука в своих законах :)