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

• Существует некий механизм создания тангенциальной силы в случае тангенциальной индукции. В этом случае, законы электромагнетизма должны быть пересмотрены и дополнены.

Здесь еще раз надо отметить принципиальные особенности фарадеевого и лоренцева механизмов:

• Оба механизма могут быть разделены, то есть, в одном случае может работать только фарадеев механизм, в другом — только лоренцев.

• Для каждого из этих механизмов должны существовать свои законы и формулы, описывающие как наведение ЭДС, так и создание силы.

• Формула Фарадея является интегральной и применима только для замкнутых контуров, при этом учитывается только магнитный поток, пересекающий плоскость контура и ограниченный этим контуром. Это вписывается в официально принятую трактовку электромагнетизма, единственно трактующего магнитное поле как результат круговых токов — циркуляции электрических зарядов, происходящих на макро и микро уровнях. В то же время, результаты проведенных в данной работе экспериментов дают достаточные основания предположить, что механизм Фарадея — Ленца должен быть также применен к отдельным проводникам, образующим контур.

• В то же время, лоренцев механизм не связан с замкнутым контуром и работает для каждого отдельного элемента проводника (заряда). При этом лоренцев механизм позволяет объяснить (и рассчитать) как наведенную ЭДС, так и возникающих) при этом силу.

• Закон Ампера («правило левой руки»), скорее всего, является проявлением лоренцевой силы и не имеет отношения к фарадееву механизму.

Следовательно, для случая фарадеева механизма, отсутствуют:

• Принцип и формулы, описывающие наведение ЭДС в отдельных проводниках, образующих контур.

• Принцип и формулы, описывающие силовое взаимодействие источников переменных статических магнитных полей (исключая формулы, основанные на законе сохранения, которые не раскрывают физического смысла взаимодействия).

Иллюстрацией отсутствия закона, описывающего силовое взаимодействие, для фарадеева механизма может быть следующий пример:

Предположим, что замкнутый плоский контур помещен в однородное магнитное поле и вектор магнитной индукции В перпендикулярен плоскости контура. Интенсивность поля начинает меняться, при этом в контуре наводится ЭДС и течет ток, создающий поле, стремящееся скомпенсировать это изменение (принцип Ленца). Тогда, согласно закону Ампера, на проводники контура действуют радиальные силы, которые компенсируют друг друга и контур остается неподвижным, только сжимается (при возрастании поля) или растягивается (при убывании поля). Это, фактически, означает, что механическое взаимодействие контура с магнитным полем (и его носителем) отсутствует, хотя в контуре течет ток и вырабатывается энергия. Аналогичный случай описан выше, когда в тангенциальных проводниках наводится ЭДС, а ток нагрузки, согласно закону Ампера, не создает реактивного момента.

8. Взаимодействие вращающегося магнита с неподвижными радиальными проводниками.

При исследовании «тангенциальной индукции» возникает вопрос, а какой вклад вносят радиальные проводники, соединяющие полукольцо (кольцо) с нагрузкой, ведь в них также может наводиться ЭДС. Для ответа на этот вопрос была проведена серия экспериментов.

В этих экспериментах у поверхности составного вращающегося магнита (примененного в предыдущем эксперименте) были расположены неподвижные проводники (см. Рис. 10) при этом измерялось наведенная в них ЭДС.

Рис. 10

Были получены следующие результаты (осциллограммы приведены ниже на Рис. 11):

• Е35 примерно = 0 (если проводники 3 и 5 лежат в плоскости оси).

• При повороте проводника 2 на малый угол (в плоскости диска) появляются пики противоположной полярности (см. верхнюю осциллограмму). Далее сигнал приобретает вид изломанной пилы и при повороте на 180 градусов (Е25) приобретает вид трапеции с провалом в середине. Амплитуда импульсов порядка ± 5 мВ, частота 17 Гц (для 1000 о/мин).

Рис. 11

• Далее, с целью магнитной экранировки ось была пропущена через отверстие в стальной плите (см. Рис. 10). Сигнал, снимаемый в точках 2 и 6 (Е26) полностью повторяет по форме сигнал Е25, но его амплитуда примерно (в пределах погрешности) в два раза меньше — ± 2.5 мВ. При этом его форма и амплитуда никак не зависят от поворота проводника 2. При перемещении проводника 2 вверх по оси (в позицию 1) сигнал сглаживается, превращаясь вначале в сглаженную трапецию, а потом в синус и резко уменьшается по амплитуде — на расстоянии порядка 5 см от диска он близок

• Кроме того, если сверху или снизу от магнита протянуть изолированный проводник 8–9 (желательно ближе к поверхности магнита, см. Рис. 10) проходящий через центр магнита, то на нем наводится ЭДС, форма и амплитуда сигнала такие же как у Е25 (± 3.5 мВ — трапеция с небольшими провалами). При этом безразлично, где протянут проводник, сверху или снизу.

• Е47 не превышает 0.5 мВ.

Таким образом:

• При расположении проводников в плоскости оси, на одинаковом расстоянии от поверхностей магнита (проводники 3 и 5), ЭДС наводимые в верхнем и нижнем проводниках компенсируют друг друга.

• Конструкция нижней части контура — вертикальная ось, проходящая через отверстие в стальной плите, обеспечивает практически полную магнитную экранировку нижней части контура. Т. е. на нижней части оси и проводнике 6 не наводится ничего.

• Величина и форма наводимой ЭДС очень сильно зависит от конфигурации поля и его напряженности в месте расположения проводника. Суммарный магнитный поток, Ф = Σ(В∙S), охватываемый контуром (и его изменение) на ЭДС не влияет никак. Более того, при перемещении проводника 2 вверх по оси Е должно возрастать, т. к. контур охватывает большую площадь с большим суммарным магнитным потоком), а этого не наблюдается, наоборот Е убывает.

Анализ полученных результатов

Ниже приведен качественный анализ данного явления (упрощенный, в 2-х мерном приближении).

Полученные результаты могут быть объяснены в рамках «модифицированного принципа Ленца».

Рассмотрим проводник 1–2, подвешенный над магнитом в непосредственной близости от его поверхности и проходящий через центр (Рис. 12).

Рис. 12

Предположим, что в данный момент проводник находится в плоскости раздела двух половинок магнита (магнит при этом вращается). В этой плоскости (относительно оси лежащей в этой плоскости) циркуляция магнитного поля достигает максимального значения. При дальнейшем вращении магнита циркуляция начинает убывать как с одной стороны магнита, так и с другой. Для поддержания магнитного поля (в данном случае, его циркуляции) в проводнике возникает ток компенсирующий это уменьшение (только в месте расположения проводника; в данном случае проводник не отвечает за весь контур и не компенсирует изменение магнитного потока, проходящего через плоскость контура). Уменьшение циркуляции продолжается до достижения полюсов, S и N, где циркуляция равна 0 (силовые линии направлены перпендикулярно плоскости магнита). После прохождения полюсов направление циркуляции меняется на обратное, но она возрастает, таким образом, направление тока в проводнике сохраняется до достижения максимального значения в плоскости разделяющей магниты. В ней начинается уменьшение циркуляции при том же ее направлении, т. е ток в проводнике меняет знак.