Обертання магнітного поля навколо нерухомого центру. Уніполярний двигун замкнутого магнітного поля

Сьогодні постійні магніти знаходять корисне застосуванняу багатьох областях людського життя. Іноді ми не помічаємо їхньої присутності, проте практично в будь-якій квартирі в різних електроприладах та в механічні пристроїЯкщо уважно придивитися, можна виявити . Електробритва та динамік, відеоплеєр та настінний годинник, мобільний телефоні мікрохвильова піч, дверцята холодильника нарешті - всюди можна зустріти постійні магніти.

Вони застосовуються в медичної технікиі в вимірювальної апаратури, у різних інструментах та в автомобільній промисловості, у двигунах постійного струму, в акустичних системах, в побутових електроприладах і багато де ще: радіотехніка, приладобудування, автоматика, телемеханіка і т. д. - жодна з цих областей не обходиться без використання постійних магнітів.

Конкретні рішення із застосуванням постійних магнітів можна було б перераховувати нескінченно, проте предметом цієї статті стане короткий огляддекількох застосувань постійних магнітів в електротехніці та електроенергетиці.

З часів Ерстеда та Ампера широко відомо, що провідники зі струмом та електромагніти взаємодіють з магнітним полем постійного магніту. На цьому принципі заснована робота багатьох двигунів та генераторів. За прикладами далеко не треба ходити. Вентилятор в блоці живлення комп'ютера має ротор і статор.

Крильчатка з лопатями є ротором з розташованими по колу постійними магнітами, а статор - це сердечник електромагніту. Перемагнічуючи статор, електронна схемастворює ефект обертання магнітного полястатора, за магнітним полем статора, прагнучи до нього притягнутися, слідує магнітний ротор - вентилятор обертається. Аналогічно реалізовано обертання жорсткого диска, і подібним чином працюють.

У електрогенераторах постійні магніти знайшли своє застосування. Синхронні генератори для домашніх вітряків, наприклад, - один із прикладних напрямків.

На статорі генератора по колу розташовуються генераторні котушки, які в процесі роботи вітряка перетинаються змінним магнітним полем постійних магнітів, що рухаються (під дією дме на лопаті вітру), закріплених на роторі. Підкоряючись провідники генераторних котушок, що перетинаються магнітами, направляють в ланцюг споживача струм.

Такі генератори використовуються не тільки у вітряках, а й у деяких промислових моделях, де замість обмотки збудження на роторі встановлені постійні магніти. Гідність рішень з магнітами – можливість отримати генератор із низькими номінальними оборотами.

У провідний диск обертається у полі постійного магніту. Струм споживання, схожий через диск, взаємодіє з магнітним полем постійного магніту, і диск обертається.

Чим більше струм - тим вище частота обертання диска, оскільки крутний момент створюється силою Лоренца, що діє на заряджені частинки, що рухаються, всередині диска з боку магнітного поля постійного магніту. По суті, такий лічильник - це невелика потужність з магнітом на статорі.

Для вимірювання слабких струмів застосовують - дуже чутливі вимірювальні прилади. Тут підковоподібний магніт взаємодіє з маленькою котушкою токонесучою, яка підвішена в зазорі між полюсами постійного магніту.

Відхилення котушки в процесі вимірювання відбувається завдяки моменту, що обертає, який створюється через магнітної індукції, що виникає при проходженні струму через котушку. Таким чином, відхилення котушки виявляється пропорційно значенню результуючої магнітної індукції у зазорі, і, відповідно, струму у дроті котушки. Для малих відхилень шкала гальванометра виходить лінійною.

Напевно на вашій кухні є мікрохвильова піч. І в ній є цілих два постійних магніти. Для генерації НВЧ-діапазону, в мікрохвильовій печі встановлено . Всередині магнетрону електрони рухаються у вакуумі від катода до анода, і в процесі руху їх траєкторія має викривлятися, щоб резонатори на аноді збуджувалися досить потужно.

Для викривлення траєкторії електронів, зверху та знизу вакуумної камери магнетрону встановлено кільцеві постійні магніти. Магнітне поле постійних магнітів викривляє траєкторії руху електронів так, що виходить потужний вихор з електронів, який збуджує резонатори, які у свою чергу генерують електромагнітні хвиліНВЧ-діапазону для розігріву їжі.

Щоб голівка жорсткого диска точно позиціонувалась, її рухи в процесі запису та зчитування інформації повинні дуже точно керуватися та контролюватись. Знову на допомогу приходить постійний магніт. Усередині жорсткого диска, магнітному полі закріпленого нерухомо постійного магніту, переміщається котушка зі струмом, пов'язана з головкою.

Коли на котушку головки подається струм, магнітне поле цього струму, залежно від його значення, відштовхує котушку від постійного магніту сильніше або слабше, в той чи інший бік, таким чином головка починає рухатися, причому з високою точністю. Цим рухом керує мікроконтролер.

З метою підвищення ефективності енергоспоживання у деяких країнах для підприємств споруджують механічні накопичувачі електроенергії. Це електромеханічні перетворювачі, що працюють на принципі інерційного накопичення енергії у формі кінетичної енергіїмаховика, що обертається, звані .

Так, наприклад, у Німеччині компанія ATZ розробила кінетичний накопичувач енергії на 20 МДж, потужністю 250 кВт, причому питома енергоємність становить приблизно 100 Вт-ч/кг. При вазі маховика в 100 кг, при обертанні зі швидкістю 6000 об/хв, циліндричної конструкції діаметром 1,5 метра потрібні якісні підшипники. У результаті нижній підшипник був виготовлений, звісно, ​​з урахуванням постійних магнітів.

початок сучасного етапуу розвитку електротехніки належить до 90-х років минулого століття, коли вирішення комплексної енергетичної проблеми викликало до життя електропередачу електроприводу. Електрифікація почалася тоді, коли виявилося можливим будувати великі електричні станції в місцях, багатих на первинні енергоресурси, об'єднувати їх роботу на загальну мережута постачати електроенергією будь-які центри та об'єкт електроспоживання.

Технічна сторона електрифікації полягала у розробці багатофазних систем, з яких практика зробила вибір на користь трифазної системи. Найбільш важливим» і принаймні новими елементами трифазної системи були електродвигуни, дія яких заснована на використанні явища магнітного поля, що обертається.

Раніше згадувався досвід Араго, в якому диск і магніт, що обертається, відображали принцип асинхронного електродвигуна з магнітним полем, що обертається. Однак це поле створювалося не нерухомим пристроєм, яким у сучасних машинах є статор, а магнітом, що обертається (рис. 4.2).

Довгий часявище, відкрите Араго, не знаходило практичного застосування. Тільки 1879 р. У. Бели (Англія) сконструював прилад (рис. 6.1), у якому просторове переміщення магнітного поля здійснювалося з допомогою нерухомого устрою - шляхом почергового намагнічування чотирьох розташованих по периферії кола електромагнітів. Намагнічування вироблялося імпульсами постійного струму, що посилаються в обмотки електромагнітів спеціально пристосованим для цього комутатором. Полярність верхніх кінців стрижнів змінювалася в певної послідовностітак, що через кожні вісім перемикань комутатора магнітний потікзмінював свій напрямок в просторі на 360. Над полюсами електромагнітів, як і в дослідах Араго, був підвішений мідний диск 2. Бєлі вказував, що при нескінченно великому числіелектромагнітів можна було б забезпечити рівномірне обертання магнітного поля. Прилад Белі не знайшов жодного застосування. Тим не менш, він був деякою сполучною ланкою між досвідом Араго та пізнішими дослідженнями. З позицій сьогоднішнього дня видається вкрай простим здійснення поля, що обертається в установці Белі або в подібному приладі іншої конструкції шляхом живлення електромагнітів синусоїдальними струмами з різними початковими фазами. Однак у 80-х роках минулого століття на це пішло кілька років роботи та пошуків багатьох учених, серед яких були французький фізик Марсель Депре, який розробив у 1883 р. систему синхронного зв'язку двох рухів, автори однієї з конструкцій індукційних електролічильників Борель та Шалленбергер, винахідник репульсійного двигуна І. Томсон, американський електротехнік Ч. Бредлі, німецький інженер Ф. Хазельвандер та ін. У зв'язку з цим цікаво навести фразу Ілаю Томсона: «Важко скласти таку комбінацію з магнітів, змінного струмута шматків міді, яка не мала б тенденції до обертання».

Історія відкриття магнітного поля, що обертається, і багатофазних систем до крайності заплутана. У 90-ті роки пройшли багато судових процесів, на яких різні фірми, які скуповували патенти винахідників, намагалися затвердити свої права на багатофазні системи. Лише американська фірма Вестінгауз провела понад 25 судових процесів.

Однак вичерпні та популярні експериментальні та теоретичні дослідженнямагнітного поля, що обертається, виконали незалежно один від одного видатні вчені італієць Галілео Фераріс (1847-1897 рр.) і серб Цикола Тесла (1856-1943 рр.).

Г. Фераріс стверджував, що суть явища магнітного поля, що обертається, він усвідомив ще в 1885 р., але доповідь «Електродинамічне обертання, вироблене за допомогою змінних струмів» він зробив у Туринській академії (членом якої він складався з 1880 р.) 18 березня 1888 р. .

М. Тесла у своїй автобіографії розповідав, що ідея двофазного асинхронного двигуна народилася в нього ще 1882 р., коли він працював у Будапештській телеграфній компанії. Гуляючи в парку з другом, він, осінений ідеєю, «тростиною зробив на піску малюнок принципу, який виклав через шість років на конференції в Американському інституті електроінженерів». Доповідь цьому інституті відбувся 16 травня 1888 р., тобто. на два місяці пізніше за доповідь Фераріса. Але першу заявку отримання патенту на багатофазні системи Тесла подав ще 12 жовтня 1887 р., тобто. раніше виступи Фераріса.

Зупинимося спочатку на роботі Г. Фераріса виходячи не з пріоритетних міркувань, а з того, що в його роботі дано більш ґрунтовний теоретичний аналіз і ще тому, що саме переклад доповіді Фераріса в англійському журналіпотрапив свого часу до рук М. О. Доливо-Добровольського і викликав перший імпульс у серії наступних чудових винаходів. Галілео Фераріс був відомим у Європі вченим, який представляв Італію на різних міжнародних виставках та конгресах.

Професор розробляв теорію змінних струмів і вмів у дуже ясній формі пояснювати важкі фізичні процеси. Ось як у перекладенні їм було пояснено явище магнітного поля, що обертається.

Розглянемо показану на рис. 6.2. просторову діаграму, на якій вісь x: являє собою позитивний напрямок вектора магнітної індукцій, що створюється однією з котушок, а вісь у позитивний напрямок поля іншої котушки. Для часу, коли індукція одного поля в точці Про зображується відрізком OA, а іншого - ОВ, сумарна результуюча індукція зобразиться відрізком OR. При змінах OA та ПРО точка R переміщається але кривою, форма якої визначається законами змін у часі двох полів. Якщо два поля мають однакові амплітуди і зрушені по фазі на чверть періоду, геометричним місцем точки R стане коло. В наявності обертання магнітного поля. Якщо фазу одного з полів або збуджуючого струму змінити на 180 , то зміниться і напрямок обертання результуючого поля. Якщо помістити в це поле з валом і підшипниками мідний циліндр, то він буде обертатися. Пізніше асинхронні двигуни з порожнім ротором у вигляді мідної склянки отримали назву двигунів Фераріса.

Але як отримати два змінних струму, зрушених щодо один одного по фазі Фераріс запропонував метод «розщеплення фаз», при якому штучним шляхом створювався зсув по фазі при включенні в ланцюги двох взаємоперпендикулярно розташованих котушок фазозміщувальних пристроїв. На рис. 6.3. показаний зовнішній вигляд моделі двофазного асинхронного двигуна, що зберігається в музеї м. Туріна, директором якого кінця життя був Галілео Фераріс.

В своєму теоретичному аналізіФераріс, перебуваючи в полоні методів «слабочної техніки», припустив, що асинхронний Читач повинен працювати в режимі, узгодженому з джерелом читання, тобто в режимі передачі від джерела до двигуна Максимальної потужності. і, як наслідок, ККД такого двигуна міг бути тільки нижче 50%. експериментальні результатипідтверджує очевидний a priori висновок, що апарат, заснований на цьому принципі, не може мати будь-якого практичного значення...». Ця прикра та повчальна помилка видатного вченого знижувала цінність відкриття та обмежувала сферу його застосування тільки вимірювальними пристроями. Але саме ця злощасна для Фераріса фраза виявилася щасливою нахкою для Дат 11 по-Доб ронол і-кіт.

Нікола Тесла, одні з найвідоміших і плідних вчених в галузі електротехніки, що починав і в 80-х подах минулого століття свою наукову кар'єру, отримав тільки в області багатофазних систем 41 патент. Деякий час Тесла працював і Едсонівській компанії в Парижі (1882-1884 рр.>, а потім переїхав до США. У 1888 р. псе своп патенти за багатофазними системами Тесла продав голові відомої фірми Джорджу Всстннгаузу, який у своїх планах розвитку техніки змінною струму ( на противагу компанії Едісона) зробив верстату на роботи Тесла.Згодом Тесла мною уваги приділяв техніці високих частот ("трансформатор Тесла") та ідеї передачі електроенергії без проводів.Цікава деталь: прн вирішенні питання про стандартизацію промислової частоти, А діапазон пропозиції був від 25 до 133 Гц, Тесла рішуче висловився за прийняту для своїх досвідчених установок частоту 60 Гц. Тоді відмова інженерів Вестннгауза від пропозиції Тесла послужили початковим імпульсом для вченого, який вирішив розлучитися з Вестінгаулом. Але незабаром саме ця частота б.1.1 прийнята н США як стандартна.

У патентах Тесла були описані різні варіантибагатофазних систем, На відміну від Ферарис Тесла вважав, що багатофазні струми слід отримувати від багатофазних джерел, а не користуватися фазозміщувальними пристроями. Стверджуючи, що двофазна система, будучи мінімальним варіантом багатофазної системи, виявиться і найбільш економічною, Тесла, а слідом за ним і фірма Вестннгауза, основну увагу зосередили саме на цій системі.

Схематично система Тесла в її найбільш характерній формі представлена ​​на рис, 6.4, сліпий зображений синхронний генератор, праворуч - асинхронний двигун. У генераторі між полюсами оберталися дві взаємно перпендикулярні котушку в яких генерувалися дна струму, зрушені по фазі на 90. Кінці кожної котушки були виведені на кільця, розташовані на валу генератора (на кресленні для ясності ці кільця мають різні діаметри).

Ротор двигуна теж мав обмотку у вигляді двох розташованих під прямим кутом один до одного замкнутих на себе котушок. Основним недоліком двигуна Тесла, який згодом зробив його неконкурентоспроможним, була наявність полюсів, що виступають, з зосередженою обмоткою. Ці двигуни мали великий магнітний опір і вкрай несприятливий розподіл сили, що намагнічує, вздовж повітряного зазору, що призводило до погіршення характеристик машини. Такі були наслідки механічного перенесення до техніки змінного струму конструктивних схем машини постійного струму.

Конструкція обмотки ротора, як з'ясувалося пізніше, також виявилася невдалою. Дійсно, виконання обмоток зосередженими (а не розподіленими по всьому колу ротора) при виступаючих полюсах на статорі призводило до погіршення пускових умов двигуна (залежність пускового моменту від початкового положення ротора), а та обставина, що обмотки ротора мали порівняно великий опір, погіршення .

Невдалим виявився і вибір двофазної системи струмів із усіх можливих багатофазних систем. Відомо, що значну частку вартості установки передачі електроенергії становлять витрати на лінійні споруди і зокрема на лінійні проводи. У зв'язку з цим здавалося очевидним, що менше прийнята кількістьфаз, тим меншим буде кількість проводів і тим, отже, економічніший пристрій електропередачі. Двофазна система вимагала застосування чотирьох проводів, а подвоєння числа проводів у порівнянні з установками постійного або однофазного змінного струмів було небажаним. Тому Тесла пропонував у деяких випадках застосовувати у двофазній системі трипровідну лінію, тобто робити один провід загальним. У цьому випадку кількість дротів зменшувалася до трьох. Однак витрата металу на дроти при цьому знижувався менше, ніж можна було очікувати, так як переріз загального дроту повинен бути приблизно в 1,5 рази (точніше, в 2 рази) більший за переріз кожного з двох інших дротів.

Економічні та технічні труднощі, що зустрілися, затримували впровадження двофазної системи в практику. Фірма Вестінгауз побудувала кілька станцій за цією системою, з яких найбільшою за масштабами була Ніагарська гідроелектростанція.

Проблема винаходу вічного двигуна почала хвилювати конструкторів та механіків досить давно. Наявність такого пристрою в масштабних розмірах могла б дуже сильно змінити життя у всіх його проявах та прискорити розвиток більшості галузей науки та промисловості.

З історії винаходу магнітного двигуна

Історія першої появи магнітного двигуна починається 1969 року. Саме цього року бал винайдено та сконструйовано перший прототип цього механізму, який складався з дерев'яного корпусу та кількох магнітів.

Сила цих магнітів була настільки слабка, що її енергії вистачало лише обертання ротора. Цей магнітний двигун своїми руками створив архітектор Майкл Бреді. Більшість свого життя винахідник присвятив конструюванню двигунів. І у 90-х роках минулого сторіччя він створив абсолютно нову модель, на яку й отримав патент.

Перші кроки

Взявши за основу магнітний двигун, своїми руками та за участю помічника Бреді сконструював електрогенератор, який мав невелику потужність 6 кВт. Джерелом енергії був силовий мотор, який працював виключно на постійних магнітах.

Але в цій моделі був свій недолік - обороти та потужність двигуна залишалися незмінно постійними.

Ця складність підштовхнула вчених до створення моделі пристрою, в якому можна було змінювати силу моменту обертання і швидкість обертання ротора. І тому знадобилося поруч із постійними магнітами додати у конструкцію магнітні котушки посилення магнітного поля.

То чи можливо зараз, коли наука зробила крок далеко вперед, і нас оточує велика кількість унікальних за своєю природою речей, сконструювати двигун на постійних магнітах своїми руками? Такий двигун можна сконструювати, але ККД його буде досить низьким, а сам винахід буде виглядати швидше як демонстраційна модель, ніж серйозний агрегат.

Що знадобиться?

Для створення спрощеного прототипу магнітного двигуна знадобляться неодимові магніти, пластиковий або інший діелектричний обід, вал найменшим опоромобертання, деякі інструменти та інші дрібниці, які завжди можуть бути під рукою.

Процес складання

Починати збирати магнітний двигун своїми руками слід із міцного закріплення неодимових магнітів по всьому колу наявного обода. Магніти мають бути плоскі та мати максимальну площу. Закріпити магніти можна за допомогою клею, вони повинні бути максимально щільно один до одного, щоб створити безперервне єдине магнітне поле. Причому всі магніти мають бути звернені назовні однаковим полюсом.

Обід із міцно зафіксованими на ньому магнітами варто закріпити на горизонтальній площинінаприклад, на аркуші фанери або дошці. У центрі даної конструкції потрібно розташувати вал, що обертається, висотою трохи більше, ніж висота обода.

Від верхньої частини валу повинна відходити планка або трубка з непровідникового матеріалу, довжиною трохи більша за радіус обода, на якому також буде зафіксований магніт паралельно магнітному кільцю. Причому це магніт повинен розташовуватися таким самим полюсом до інших магнітів, що й закріплені на обід.

Таким чином, надавши невелике прискорення магніту, що розташовується на валу, можна спостерігати обертання навколо осі. При цьому обертання буде постійним, якщо навколо обода утворено безперервне магнітне поле. Таке обертання досягається шляхом взаємодії однакових за знаком магнітних полів, а саме їх відштовхування. Магнітне поле, створене навколо обода, є сильнішим і намагається виштовхнути одиночний магніт за свої межі, що викликає його обертання.

Навіть якщо використовувати сильніші магніти, потенціал цього пристрою буде дуже малим і ніякий практичної функціїнести не може. Якщо ж спробувати відтворити його у великому масштабі, то магнітне поле, що створюється, буде настільки потужним, що перебувати в зоні його дії людині буде дуже небезпечно. Крім цього, сили величезних магнітів може бути достатньо, щоб виникли нерозв'язні проблеми при їхньому транспортуванні, пов'язані з тяжінням техніки, рейок та інших металевих предметів.

У майбутнє з вічним двигуном

Можливість винаходу вічного двигуна неодноразово спростовувалась протягом багатьох десятків років багатьма фізиками, конструкторами та іншими вченими. Неможливість його створення доводилася теоретично та стимулювала виникнення різних законівта постулатів.

Надія завжди залишається, адже у світі існує велика кількість незрозумілих явищсекрет яких може послужити новим поштовхом у розвитку науки. Адже маючи можливість сконструювати вічний двигун та раціонально його використовувати, можна забути раз і назавжди про велику кількістьпроблем, що поглинають цивілізацію у глобальних масштабах.

Можна раз і назавжди забути про проблему видобутку паливних ресурсів і, як наслідок, про екологічної проблеми, що виникає внаслідок їх використання. Створення вічного магнітного двигуна дозволить зберегти ліси, водні ресурсиі більше ніколи не повертатися до питань, пов'язаних із енергетичною нестабільністю. Імена винахідників цього шедевра можуть піднестися на пік популярності та шанування і бути вписаними в історію на багато століть. Адже ці люди будуть гідні найвищих багатств, нагород та почестей за свої здобутки.

Сьогодні вам черговий експеримент, який, сподіваємося, змусить вас задуматися. Це динамічна левітація у магнітному полі. У цьому випадку один кільцевий магніт розташовується над таким же, але великим за розміром. Продаються магніти дешевше у цьому китайському магазині.

Це типовий левітрон, який був раніше показаний (матеріал ). Великий магніт та маленький. Вони спрямовані один до одного однойменними полюсами, відповідно відштовхуються, за рахунок цього відбувається левітація. Є, звичайно, магнітна западина, або потенційна яма, в яку верхній магнітик сідає. Інший момент, це те, що він обертається за рахунок гіроскопічного моменту, якийсь час не перевертається, поки в нього швидкість не знизиться.

У чому задум експерименту?

Якщо ми обертаємо дзига тільки для того, щоб він не перекинувся, виникає питання. А навіщо? Якщо можна взяти якусь спицю, наприклад, дерев'яну. До неї жорстко прикріпити верхній магнітик, а знизу повісити вантажник розташувати цю конструкцію над другим. Таким чином він теж по ідеї повинен висіти, а нижній вантаж не даватиме йому перевертатися.

Потрібно буде дуже точно виставити баланс маси цього дзиги. Вийшло б магнітна левітація без витрат енергії.

Як це влаштовано?

Ось кільцевий магніт, до нього жорстко вставлена ​​дерев'яна спиця. Далі пластинка із пластику з отвором для стабілізації спиці. І на кінці – вантаж. Шматок пластиліну для зручнішого регулювання підбору маси. Можна відкушувати трохи і підібрати таку масу всієї цієї конструкції, щоб маленький кільцевий магнітик потрапляв чітко в зону левітації.

Давайте його акуратно помістимо всередину нижнього магніту, він зависає. Шматком оргскла можна спробувати стабілізувати його положення. Але стабілізації по горизонталі це йому чомусь не надає.

Якщо прибрати платівку і повернути все назад, то магнітик разом з віссю, на якій він лежить, буде звалюватися вбік. Коли він обертається, він чомусь у магнітній ямі стабілізується. Хоча, зверніть увагу, при цьому обертанні він рухається з боку на бік, напевно, міліметрів на п'ять. Так само він коливається і у вертикальному положенні зверху донизу. Складається таке враження, що ця магнітна яма має певний люфт. Стоїть верхньому магнітупотрапити в яму, він його захоплює і утримує. Залишається лише гіроскопічним моментом досягти того, щоб цей магніт не перевертався.

У чому суть експерименту?

Перевірити, якщо ми зробимо показану конструкцію з віссю, вона фактично виконує те саме, не даючи магніту перевернутися. Вона виводить його в зону потенційної ями, ми підбираємо вагу цієї конструкції. Магнітик знаходиться в ямі, але, потрапляючи до неї, чомусь не стабілізується по горизонталі. Все одно це конструкція звалюється убік.

Провівши цей експеримент, виникає головне питання: чому ж така несправедливість, коли цей магніт як дзига обертається, він зависає в потенційній ямі, все відмінно стабілізується та захоплюється; а коли створюються ті ж умови, все те саме, тобто маса і висота, яма начебто зникає. Він просто виштовхується.

Чому немає стабілізації верхнього магніту?

Імовірно, це відбувається тому, що неможливо зробити магніти ідеальними. Як за формою, так і за намагніченістю. Поле має якісь вади, перекоси і тому в ньому не можуть два наші магніти знайти рівноважний стан. Вони обов'язково зісковзуватимуть, оскільки між ними немає тертя. А при обертанні левітрону поля як би згладжуються, верхня частинаконструкції не встигає при обертанні зійти убік.

Це зрозуміло, але що мотивувало автора відео зробити цей експеримент, це наявність потенційної ями. Була надія, що ця ями має якийсь запас міцності для утримання конструкції. Але, на жаль, цього чомусь не сталося. Хотілося б почитати вашу думку про цю загадку.

Є ще матеріал з цієї теми.

Під ВМП (Манітне Поле, Що обертається) мається на увазі те поле, градієнт магнітного збудженняякого, не змінюючись по модулю, циркулює зі стабільною кутовою швидкістю.

Наочний приклад

Практична дія магнітних полів допоможе продемонструвати установку, зібрану в домашніх умовах. Це диск, що обертається з алюмінію, закріплений на нерухомому імпості.

Якщо піднести до нього магніт, то можна переконатися, що він не захоплюється магнітом, тобто не намагнічується. Але, якщо розмістити в безпосередній близькості магніт, що обертається, то це викличе неминуче обертання алюмінієвого диска. Чому?

Відповідь може здатися простою - обертання магніту викликають вихрові. повітряні потоки, що розкручують диск. Але все насправді інакше! Тому, для доказу між диском і магнітом встановлюється органічне або звичайне скло. І, тим щонайменше, диск обертається, захоплюючись обертанням магніту!

Причина в тому, що при зміні магнітного поля (а магніт, що обертається, саме його і створює) з'являється ЕРС (електрична рушійна сила) збудження (індукції), яке сприяє виникненню електрострумів в алюмінієвому диску, виявлені вперше фізиком А. Фуко (найчастіше їх так і називають «струми Фуко»). Токи, що з'явилися в диску, своїм впливом створюють своє, окреме магнітне поле. А взаємодія двох полів викликає їх протидію і спин алюмінієвого диска.

Принцип роботи електродвигуна

Проведений експеримент породжує питання – чи можна без обертання магніту, але із використанням природи змінного струму створити ВМП? Відповідь – так, можна! На цьому фізичному законіпобудовано цілу галузь електротехнічного обладнання, у тому числі електродвигуни.

Для цього можна взяти чотири котушки і розташувати їх попарно, під 900 один до одного. Потім подавати змінний струм, позмінно на одну, а потім на іншу пару котушок, але вже через конденсатор. У цьому випадку на другій парі котушок напруга зрушить щодо струму на π/2. Так утворюється двофазний струм.

Якщо на одній парі котушок нульова напруга – магнітне поле відсутнє. На другій парі, в цей час напруга пікова та МП (магнітне поле) максимально. Поперемінне підключення та відключення котушок буде створювати ВМП зі зміною напрямку та постійною величиною. По суті було створено електродвигун, тип якого називається однофазним конденсаторним.

Як утворюються трифазні струми?

Вони протікають по чотирижильних дротах. Один грає роль нульового, а за трьом іншим подається синусоїдальний струм із фазовим зрушенням на 120º. Їли за тим же принципом розмістити три обмотки на одній осі під кутом 120º і подати на них струм з трьох фаз, то результатом буде виникнення трьох магнітних полів, що обертаються, або принцип трифазного електродвигуна.

Практичне застосування

Подання електричного струмуза трьома фазами, найбільш широко поширена в промисловості, як ефективний спосібтрансляції енергії. Двигуни і генераторні установки, що рухаються трифазним струмом, більш надійні в експлуатації, ніж однофазні. Їхня простота у використанні, обумовлена ​​відсутністю необхідності строгого регулювання постійної частоти обертання, а також досягнення більшої потужності.

Тим не менш, двигуни такого типу можна використовувати не у всіх випадках, тому що їх оберти залежать від частоти обертання магнітного поля, що становить 50Гц. При цьому відставання швидкості обертів двигуна має бути менше від обертання магнітного поля вдвічі, так як в іншому випадку не з'явиться ефект магнітного збудження. Коригування швидкості обертання ротора електричного двигуна, можливе лише за постійного струму, з допомогою реостата.

З цієї причини трамваї і тролейбуси оснащені двигунами постійного струму, з можливістю управління частотою обертання. Цей принцип управління використовується на електропоїздах, де напруга змінного струму, в силу переміщення тисячотонних вантажів, відповідає 28000V. Перетворення змінного струму на постійний, відбувається за рахунок випрямлячів, які і займають більшу частинуелектровози.

Все ж таки коефіцієнт корисної діїв асинхронних двигунах змінного електричного струму сягає 98%. Варто також відзначити, що ротор такого двигуна змінного струму складається з немагнітного матеріалу з переважною алюмінієвою складовою. Причина в тому, що струми найкраще викликають ефект індукції магнітного поля, саме в алюмінії. Мабуть, єдиним обмеженням використання трифазного двигуна, є нерегульована величина кількості оборотів. Але з цим завданням справляються додаткові механізми, такі як варіатори або коробки передач. Щоправда, це веде до подорожчання агрегату, як і у випадку з використанням випрямляча та реостату для двигуна постійного струму.

Ось таким чином цікава фізика, що обертається магнітне поле зокрема, допомагає людству створювати двигуни, і не тільки для більш комфортного нашого існування.