Электромагнитная индукция ч.4. Генератор Фарадея и его парадоксы
Теперь тем, кто усвоил информацию из предыдущих статей и начал разбираться в индукции лучше обычного преподавателя физики, будет легко понять и все «загадки» индукции, многие из которых не решены до сих пор. Я о них уже писал и многие объяснял в постах « Откуда дровишки» и « Удивительная... тупость» Кое что придётся повторить.
Генератор Фарадея представляет собой металлическую ось, на которой закреплён диск металла (например медный) и постоянное, равномерное магнитное поле, направленное вдоль этой оси (например постоянный магнит рядом с диском). Если вращать этот диск за ось и подключить контакты к оси и краю диска, то в цепи потечёт постоянный ток (причём не слабый):
Чтобы объяснить, откуда появляется ток в проводнике в постоянном магнитном поле предположили, что проводник образуется от центра диска к его краю по прямой и имеет в своей структуре неоднородности, а магнитные линии имеют чуть разную напряжённость, поэтому появляется небольшое переменное магнитное поле, которое и наводит такой огромный ток. Однако новый опыт показал, что либо это предположение неверно, либо понимание процесса не полно.
Новый опыт выглядел так: если ток вызван неоднородностями магнитного поля и проводника, то должно быть всё равно, что вращать - металлический диск или магнит. Диск с контактами закрепили неподвижно и начали вращать магнит. Однако никакого тока в цепи не обнаружилось, что поставило науку в тупик на десятилетия. Доходило до предположений о том, что магнитное поле магнита не вращается вместе с ним и прочей ерунды. И это говорили профессора с академиками! Однако, оставим это на их совести, т.к. третий опыт должен был дать разгадку парадокса, но его тоже не поняли.
Третий опыт выглядел так: магнит с металлическим диском закрепили между собой на оси и начали вращать их вместе. При этом в цепи опять появился ток. Вместо того, чтобы закричать «Эврика!» и прыгать от радости, что всё стало понятно (ведь именно этот опыт должен был всё объяснить), научный мир погрузился в недоумение: каким образом постоянное магнитное поле возбуждает ток в неподвижном относительно его проводнике???
Вообще же, полный список вариантов работы генератора выглядит вот так:
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
Судя по тому, что эти генераторы и сейчас используются для получения больших токов в их первозданном виде и их раскручивают моторами, я делаю вывод, что прогресс в этом вопросе остался на уровне двухсотлетней давности.
Нам не придётся разбираться с каждым отдельным вариантом работы этого генератора, чтобы понять, как он работает. Думаю, что вы и сами без труда в них разберётесь, когда поймёте базовый принцип, который я сейчас объясню.
При соединении вала и края диска действительно образуется только один проводник для тока на всём диске, т.к. ток течёт по пути наименьшего сопротивления, а это будет прямой отрезок между контактами. При перемещении контакта вдоль края диска этот проводник как бы перемещается по диску. Начальный ток действительно появляется из-за неоднородностей в проводнике, который начинает двигаться в магнитном поле, а вокруг проводника с током появляется… правильно! своё магнитное поле! Это поле создаёт индукционный ток где? Конечно, в соседнем проводнике, а соседний проводник это отрезок того же диска, который находится рядом с образовавшимся проводником, но имеющий чуть большее сопротивление. При вращении диска уже он замыкается в цепь и становится основным проводником, создаёт своё магнитное поле и так продолжается пока диск вращают. Всё построено на самоиндукции. Я, как смог, изобразил этот процесс:
Это индукционные токи и в сплошном металле их называют токами Фуко. В сердечниках трансформаторов с ними борются различными способами, а на индукционных плитах они нагревают нам посуду.
Теперь вам должно быть понятно, почему нет тока, когда вращают магнитное поле, а не диск - проводники не переключаются и не получается постоянной самоиндукции. Когда же вращают и диск и магнит, проводник постоянно перемещается между контактами, ток самоиндукции идёт по цепи, а магнитное поле нужно только для его усиления. После запуска процесса магнитное поле вообще можно было бы убрать и если бы диск был из сверхпроводника (проводника с нулевым сопротивлением), то он продолжал бы давать ток. В обычном медном диске весь ток уйдёт на нагрев и быстро рассеется, а со сверхпроводником этого сделать никто пока не додумался.
Остальные варианты работы генератора уже будут понятны без объяснений. Как сделать генератор на этом принципе, в котором не будет движущихся частей, думаю, тоже понятно - нужно просто электронными ключами переключать проводники.
Но это ещё не всё. Обычный генератор с диском даёт только постоянный ток напряжением около одного вольта. Направление тока зависит от полюсов магнитного поля и направления вращения диска. Тут работает правило буравчика и если изменить направление вращения диска, то изменится и направление тока. Низкое напряжение получается потому, что включённым в цепь всегда является только один проводник и с одним направлением движения. Разные варианты электронного переключения контактов могут добавить в цепь ещё один проводник и дать либо удвоение тока, либо удвоение напряжения с тем же магнитом. Если использовать ещё один магнит, то мощность можно увеличить ещё вдвое, а если изменять последовательность включения контактов, то можно получить переменный ток. Когда, наконец, придёт контроллер из Китая и я сделаю этот генератор, то расскажу об этом подробнее.
На самом деле, именно генератор Фарадея является убийцей закона сохранения энергии в том виде, в котором он существует сейчас. Думаю, очень не многие это поняли и сейчас я приобщу вас к этому тайному сообществу особо посвящённых ;) И дело тут даже не в том, что индукционный ток не оказывает сопротивления вращению. Учёные, которые пол жизни доказывали, что этот генератор может давать больше энергии, чем тратится на его вращение высмеивались и так и не добились признания. Хотя есть прецедент, когда такой генератор вращал сам себя. Однако сведений об этом осталось мало, а после смерти автора было заявлено, что это шарлатанство. И хотя всё это правда и никакого шарлатанства тут нет, я не буду на этом останавливаться, а покажу вам другой очень важный момент, на который пока никто не обратил внимания.
Начальное самовозбуждение тока в генераторе происходит от неоднородности проводника в магнитном поле. Эта неоднородность мизерна и ток тоже мизерный. Откуда же берутся десятки и сотни ампер? А помните я в статье про самоиндукцию выделил кусок текста и специально обращал на него ваше внимание? Вот он:
«переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока».
А сколько может быть проводников в толще металла вокруг одного, в котором этот ток возник? Я тоже не считал, но очень много. И в каждом из них появляется ЭДС, практически равная начальному току самовозбуждения. Сначала эти токи складываются и проходят по следующему в очереди проводнику, а в это время в каждом соседнем проводнике уже возбуждается ЭДС, равная сумме всех предыдущих. Они опять складываются, процесс идёт в геометрической прогрессии и поэтому ток очень быстро нарастает до предела, который ограничивается сопротивлением цепи, а так же скоростью переключения и площадью контактов, а в теории безграничен. Внешнее магнитное поле магнита на это не расходуется, а когда я избавлюсь от движущихся частей и вращать ничего не надо будет, то мы получим практически вечную батарейку.
З.Ы. Почему я пишу и учитываю только неоднородность проводника, а не магнитного поля я уже как-то объяснял. Именно генератор Фарадея ещё 200 лет назад показал, что магнитное поле не имеет никаких магнитных линий и однородно, по крайней мере до размера атома, когда не выдал ЭДС при вращении магнита. Это не всегда важно, но лучше знать правду.
З.Ы.Ы. И не забывайте, что вы теперь являетесь носителями тайного знания о нарушении Великого Закона Сохранения Энергии и любой физик или просто учёный будет преследовать вас по этому закону, а ваши слова будут считаться опасной ересью и провокацией против устоев вселенной.
Генератор Фарадея представляет собой металлическую ось, на которой закреплён диск металла (например медный) и постоянное, равномерное магнитное поле, направленное вдоль этой оси (например постоянный магнит рядом с диском). Если вращать этот диск за ось и подключить контакты к оси и краю диска, то в цепи потечёт постоянный ток (причём не слабый):
Чтобы объяснить, откуда появляется ток в проводнике в постоянном магнитном поле предположили, что проводник образуется от центра диска к его краю по прямой и имеет в своей структуре неоднородности, а магнитные линии имеют чуть разную напряжённость, поэтому появляется небольшое переменное магнитное поле, которое и наводит такой огромный ток. Однако новый опыт показал, что либо это предположение неверно, либо понимание процесса не полно.
Новый опыт выглядел так: если ток вызван неоднородностями магнитного поля и проводника, то должно быть всё равно, что вращать - металлический диск или магнит. Диск с контактами закрепили неподвижно и начали вращать магнит. Однако никакого тока в цепи не обнаружилось, что поставило науку в тупик на десятилетия. Доходило до предположений о том, что магнитное поле магнита не вращается вместе с ним и прочей ерунды. И это говорили профессора с академиками! Однако, оставим это на их совести, т.к. третий опыт должен был дать разгадку парадокса, но его тоже не поняли.
Третий опыт выглядел так: магнит с металлическим диском закрепили между собой на оси и начали вращать их вместе. При этом в цепи опять появился ток. Вместо того, чтобы закричать «Эврика!» и прыгать от радости, что всё стало понятно (ведь именно этот опыт должен был всё объяснить), научный мир погрузился в недоумение: каким образом постоянное магнитное поле возбуждает ток в неподвижном относительно его проводнике???
Вообще же, полный список вариантов работы генератора выглядит вот так:
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
Судя по тому, что эти генераторы и сейчас используются для получения больших токов в их первозданном виде и их раскручивают моторами, я делаю вывод, что прогресс в этом вопросе остался на уровне двухсотлетней давности.
Нам не придётся разбираться с каждым отдельным вариантом работы этого генератора, чтобы понять, как он работает. Думаю, что вы и сами без труда в них разберётесь, когда поймёте базовый принцип, который я сейчас объясню.
При соединении вала и края диска действительно образуется только один проводник для тока на всём диске, т.к. ток течёт по пути наименьшего сопротивления, а это будет прямой отрезок между контактами. При перемещении контакта вдоль края диска этот проводник как бы перемещается по диску. Начальный ток действительно появляется из-за неоднородностей в проводнике, который начинает двигаться в магнитном поле, а вокруг проводника с током появляется… правильно! своё магнитное поле! Это поле создаёт индукционный ток где? Конечно, в соседнем проводнике, а соседний проводник это отрезок того же диска, который находится рядом с образовавшимся проводником, но имеющий чуть большее сопротивление. При вращении диска уже он замыкается в цепь и становится основным проводником, создаёт своё магнитное поле и так продолжается пока диск вращают. Всё построено на самоиндукции. Я, как смог, изобразил этот процесс:
Это индукционные токи и в сплошном металле их называют токами Фуко. В сердечниках трансформаторов с ними борются различными способами, а на индукционных плитах они нагревают нам посуду.
Теперь вам должно быть понятно, почему нет тока, когда вращают магнитное поле, а не диск - проводники не переключаются и не получается постоянной самоиндукции. Когда же вращают и диск и магнит, проводник постоянно перемещается между контактами, ток самоиндукции идёт по цепи, а магнитное поле нужно только для его усиления. После запуска процесса магнитное поле вообще можно было бы убрать и если бы диск был из сверхпроводника (проводника с нулевым сопротивлением), то он продолжал бы давать ток. В обычном медном диске весь ток уйдёт на нагрев и быстро рассеется, а со сверхпроводником этого сделать никто пока не додумался.
Остальные варианты работы генератора уже будут понятны без объяснений. Как сделать генератор на этом принципе, в котором не будет движущихся частей, думаю, тоже понятно - нужно просто электронными ключами переключать проводники.
Но это ещё не всё. Обычный генератор с диском даёт только постоянный ток напряжением около одного вольта. Направление тока зависит от полюсов магнитного поля и направления вращения диска. Тут работает правило буравчика и если изменить направление вращения диска, то изменится и направление тока. Низкое напряжение получается потому, что включённым в цепь всегда является только один проводник и с одним направлением движения. Разные варианты электронного переключения контактов могут добавить в цепь ещё один проводник и дать либо удвоение тока, либо удвоение напряжения с тем же магнитом. Если использовать ещё один магнит, то мощность можно увеличить ещё вдвое, а если изменять последовательность включения контактов, то можно получить переменный ток. Когда, наконец, придёт контроллер из Китая и я сделаю этот генератор, то расскажу об этом подробнее.
На самом деле, именно генератор Фарадея является убийцей закона сохранения энергии в том виде, в котором он существует сейчас. Думаю, очень не многие это поняли и сейчас я приобщу вас к этому тайному сообществу особо посвящённых ;) И дело тут даже не в том, что индукционный ток не оказывает сопротивления вращению. Учёные, которые пол жизни доказывали, что этот генератор может давать больше энергии, чем тратится на его вращение высмеивались и так и не добились признания. Хотя есть прецедент, когда такой генератор вращал сам себя. Однако сведений об этом осталось мало, а после смерти автора было заявлено, что это шарлатанство. И хотя всё это правда и никакого шарлатанства тут нет, я не буду на этом останавливаться, а покажу вам другой очень важный момент, на который пока никто не обратил внимания.
Начальное самовозбуждение тока в генераторе происходит от неоднородности проводника в магнитном поле. Эта неоднородность мизерна и ток тоже мизерный. Откуда же берутся десятки и сотни ампер? А помните я в статье про самоиндукцию выделил кусок текста и специально обращал на него ваше внимание? Вот он:
«переменный магнитный поток в магнитопроводе создаёт во всех обмотках, в том числе и в первичной, ЭДС индукции, пропорциональную первой производной магнитного потока».
А сколько может быть проводников в толще металла вокруг одного, в котором этот ток возник? Я тоже не считал, но очень много. И в каждом из них появляется ЭДС, практически равная начальному току самовозбуждения. Сначала эти токи складываются и проходят по следующему в очереди проводнику, а в это время в каждом соседнем проводнике уже возбуждается ЭДС, равная сумме всех предыдущих. Они опять складываются, процесс идёт в геометрической прогрессии и поэтому ток очень быстро нарастает до предела, который ограничивается сопротивлением цепи, а так же скоростью переключения и площадью контактов, а в теории безграничен. Внешнее магнитное поле магнита на это не расходуется, а когда я избавлюсь от движущихся частей и вращать ничего не надо будет, то мы получим практически вечную батарейку.
З.Ы. Почему я пишу и учитываю только неоднородность проводника, а не магнитного поля я уже как-то объяснял. Именно генератор Фарадея ещё 200 лет назад показал, что магнитное поле не имеет никаких магнитных линий и однородно, по крайней мере до размера атома, когда не выдал ЭДС при вращении магнита. Это не всегда важно, но лучше знать правду.
З.Ы.Ы. И не забывайте, что вы теперь являетесь носителями тайного знания о нарушении Великого Закона Сохранения Энергии и любой физик или просто учёный будет преследовать вас по этому закону, а ваши слова будут считаться опасной ересью и провокацией против устоев вселенной.