Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5 - Федорочев

времена Ампера и Фарадея, правда, тогда не было двухлучевых осциллографов и сильных магнитов.

3. Задача эксперимента

Основной целью экспериментов было исследование механизмов наведения ЭДС в случае движущегося носителя магнитного поля. На это натолкнул известный парадокс «униполярного генератора», в котором ЭДС наводится только в движущемся проводнике и не наводится при движении магнита относительно проводника [1, 2]. При этом безразлично, относительно движущегося или неподвижного магнита движется проводник — ЭДС в обоих случаях одинаково. Кроме того, известно, что однородное магнитное поле не предает тангенциальных сил, что широко используется в магнитных подшипниках [14], поездах на магнитной подушке и т. п. Таким образом, можно было предположить, что магнитное поле является статическим образованием и не движется с его носителем. Для проверки этого предположения автором была проведена большая серия экспериментов с движущимися (вращающимися) магнитами, как однородными, так и составными. Полученные результаты, в частности, были использованы для создания ряда электромашин, модели которых были также исследованы. Объем данной статьи не позволяет привести описание и анализ всех проделанных экспериментов, так как каждому эксперименту (например, исследованию «униполярного генератора») может быть посвящена отдельная статья. Поэтому в данной статье приведено краткое описание только некоторой части из этих экспериментов, имеющих отношение к эффекту тангенциальной индукции.

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 (http://www.uspto.gov).

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∙ω∙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