об униполярной индукции, вечных двигателях и атомных реакторах

поговорим немного о злобоневной для се-кроликов теме. что такое униполярное динамо и с чем его едеят?

вообще само понятие "униполярная индукция" мне видится странным, явление электромагнитное и индукция там  электромагнитная, а термин "униполярная индукция" возник вследствии непонимания процессов и экзотического вида установки. я буду иногда использовать этот термин для обозначения предмета разговора.

будем предстаять униполярное динамо в таком виде:

поток индукции создается двумя постоянными магнитами "прелепленных" с двух сторон круглой пластины. вся эта конструкция размещается на оси и приводится во вращение. напряжение измеряется относительно центра и точки переферии диска.

каждый может легко сделать такой генератор. вот пракитическая реализация из латунного болта от крышки унитаза:







на всамом деле это довольно интересное и в тоже время простое явление. однако в тот исторчесмкий момент когда оно было обнаружено, явление считалось пародоксальным, т.к. его открыватель Фарадей не смог приспособить под него только что открытый им закон электромагнитной индукци и в историю науки этот эффект вошел как "парадокс Фарадея"

давайте последовательно разберем причину этого "парадокса"

первое и основное до обнаружения эфекта Фарадей "забыл" открыть электрон и обяснить природу тока в металлахну и до кучи разработать теорию относительности. электрон был открыт после смерти Фарадея, а наглядный эксперемент о природе проводимости в металлах пославили товарищи Р.Толмен и шотландский физик Стюард. теория относительности вообще появилаь в начале 20 века.

т.е. явление считалось порадоксальным на том уровне знаний. с открытием электрона парадокс естественым образом разрешился. однако последовательное объяснение эффекта дается в рамках теории относительности и простое объяснение эффекта до сего дня не даёт многим покоя.

но продолжаем наш рассказ. что же такого там Фарадей открыл, чего потом не смог внятно прилепить к своей модели генератора? классическая формулировка:

ЭДС электромагнитной индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока через контур, взятой с противоположным знаком

давайте разбираться.
первое должно быть изменение потока.
второе этот знак "минус" - символизирует собой закон сохранения энергии. т.е. допустим мы хотим как-то "обегорить" закон сохранения энергии. берем магнит по-здоровее и думаем - ага ща мы все рульнем. но... дело в том, чем больший ток вы наводите - т.е. скорость изменения потока (максимальная амплитуда изменения от -"здрового магнита" до +"здрового магнита" и делать это надо как можно быстрее) да больший ток вы получаете, но тем больше этот ток создает поле которое припятствует изменению возбуждающего поля. т.е. тем больше надо приложить усилий к нашему магниту чем скорость изменения потока больше.

т.е. этот знак минус в законе электромагнитной индукции Фарадея  говорит нам о том, что превращаеся в ЭДС не поток индукции (наш здоровый магнит), а работа.т.е. ровно то, о чем нам говорит закон сохранения энергии.

так вот пародокс был в том, что изменения потока не было, а ЭДС была и мало того эта ЭДС зависитот потока магнитной индукции.

эта мысль настолько обескураживающая, что многие не верят собственным глазам и приписивают шарлотанство.

на всамом деле никакой контрреволюциишарлотанства в моих словах нет. в них здравый смысл и жизненная опытность ;) а налет шарлотанства создаёт недопонимание этого эфекта.

здесь демонстрация закона электромагнитной индукции:


вращение магнита вокруг своей оси не тормозится т.к. поле симметрично относительно оси вращения - говорят аксиальное поле. а падение тормозится так как есть изменение потока индукции и в медном цилиндре наводится ЭДС которая создает такой ток, чтобы он препятствовал самому изменению потока. что мы и видим - падение магнита тормозится. изменение потока при вращении не происходит. следовательно и тормозить это вращение нечему.

а все ли так просто с вращением постоянного магнита вокруг оси магнитного поля? да же спросим более конкретно - эквивалентны ли случаи вращения магнита вокруг оси магнитного поля и трубы?

интуитивно мы хотим ответить "да" - используя принцип относительности движения Галилея, но в этом кроется ошибка и в действительноси дела обстаят куда как сложнее, так что отделатся принципом относительности движения у нас не получится.

как мы договорились магнит вращается вокруг оси магнитного поля, т.к. поле аксиально равномерное относительно оси вращения - вращение по ищменению напряженности поля мы определить не можем.

т.е.поле просто равномерное - от вращения оно станет еще более равномерным. кстати так поступают в аппаратах МРТ - вращение используется для увеличения равномерности поля, для создания же градиентных полей используют специальные катушки.

т.е. можно четко сказать, что вращение магнита заметить по изменению напряженности поля практически невозможно и иммено по этому вращение магнита во круг оси, если поле оксиально не затормаживается.

а что же если вращать трубу? тут ситуация намного "смешнее" ведь труба металлическая, а значит в ней присутствуют свобные электроны. при комнатной температуре электроны представляют из себя "электронный газ" т.е. двигаются со значительными скоростями. в равномерном магнитном поле их траектория естественно изменитья т.к. на движущийся заряд будет действовать сила Лоренца. а теперь представим - мы берем трубу и начинаем поворачивать относительно оси поля.

мы пока не будем разбирать все процессы происходящие в трубе просто для себя отметим что, вращение магнита в трубе и вращение трубы вокруг магнита не эквивалентны.в первом случае поле равномерное (аксиальное) и изменения потока магнтной индукции не происходит. во втором случае - черт ногу сломит, пока будем придерживатся упрощеной формулировки - при вращении электрон приобретает дополнительную скрость "поперек" магнитного поля. вот стандартное объяснение в рамках классической электродинамики: под действием силы Лоренцасвободные электроны перемещаются внутри тела перпендикулярно направлениям uи Bдо тех пор, пока в теле не возникнет электрическое поле, препятствующее этому перемещению.

однако "униполярная индукция" — релятивистский эффект

более того магнитние взаимодействия тоже можно расматривать как  релятивийский эфект.например: при движении заряженной частицы со скоростью υв магнитном поле она будет испытывать на себе действие силы Лоренца. cледует уточнить, что в данном случае речь идет о скорости движения частицы относительно магнитного поля. в системе отсчета, относительно которой заряженная частица покоится, она не будет испытывать на себе действие силы Лоренца. т.е. магнитное взаимодействие является относительным. сушествует единое электромагнитное поле, которое, в зависимости от выбора системы отсчета, проявляется в электрическом или магнитном взаимодействиях. т.е. в собственной системе осчета пластины сущестует только  постоянное магнитное поле, а в лабораторной системе отсчета магнит и пластина (см. фотографию моей модели) вращаются. и имет место электрическое поле пенпердикулярное магнитному.но позвольте как так? ведь все эфекты связанные с изменением длины и массы становятся заметными при скоростях близких к скорости света? почему униполярное динамо работает? дело в том, что электронов в металлах довольно много - концентрация порядка  10²⁸м^-3 , что и объяснет такой неожиданный результат.

ну теперь можно четко сказать т.к. эфект релятивийский то неважно что двигается диск (см. фото модели) или точка контакта - мы  можем отличить собственную ситему связаную с пластиной или лабораторную только по действию электромагнитного поля - в лабораторной это электрическое поле, а в собственной инерциальной системе, связанной с пластиной - это магнитное.

из этого можно сделать еще один вывод.

в электрическую мощность преобразуется не работа!

те. нам важна скорость изменения точки контакта, поток, НО НЕ РАБОТА
да конечно большой ток будет препятствовать смене точки контакта, но это скорее досадная неприятность.

так что это практически вечный двигатель или точнее принципиально новый атомный реактор, если хотите. магнитное поле создаёт атом. и пока он его создает у установки есть топливо. атом может находится в стабильном состоянии достаточно долго, но нас интересует сохранение достаточно сильного магнитного поля, что конечно сушественно меньше по времени, но существующие магнитные сплавы могут обеспечить несколько десятков лет.


т.е. нужно создать поток индукции по-больше и точку контакта менять по-быстрее.