Униполярный генератор униполярный двигатель

Удивительная униполярная машина.

Униполярным двигателям и генераторам, как в прошлом, так и в настоящем, уделяется большое внимание. Хотя используются такие моторы и генераторы в специфических условиях. Например, когда надо получить постоянный электрический ток большой величины, но при малом напряжении. Или получить мотор, работающий от мощных аккумуляторов с небольшим напряжением, таких как магнето на автомобилях, тракторах и т.п.

Униполярный электродвигатель — разновидность электрических машин постоянного тока . Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1-й токосъёмник на оси диска и 2-ой токосъёмник у края диска.

Рис. 1. Простой униполярный двигатель.

Вот наглядная демонстрация работы униполярного электродвигателя (рис.1). На головке шурупа находится постоянный магнит, сила которого удерживает шуруп притянутым к полюсу батарейки. При соединении свободного полюса батарейки с краем магнита магнит вместе шурупом начинает довольно резво вращаться.

Первый униполярный двигатель, колесо Барлоу, создал Питер Барлоу , описав его в книге «Исследование магнитных притяжений», опубликованной в 1824 году . Колесо Барлоу представляло собой два медных зубчатых колеса, находящихся на одной оси. В результате взаимодействия тока, проходящего через колёса с магнитным полем постоянных магнитов колёса вращаются. Барлоу выяснил, что при перемене контактов или положения магнитных полюсов происходит смена направления вращения колёс на противоположное.

Униполярный генератор — разновидность электрической машины постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1-й токосъёмник на оси диска и 2-й токосъёмник у края диска.

Рис.2. Диск Фарадея, первый униполярный генератор

С позиций официальной электродинамики принцип действия униполярного генератора простой. Есть смысл его привести. На электроны, находящиеся в диске, действует Сила Лоренца , являющаяся векторным произведением напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником в результате вращения диска. Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем.

В отличие от других электрических машин, такой генератор имеет чрезвычайно низкую ЭДС (от долей до единиц вольт) при низком внутреннем сопротивлении и большом токе; равномерность получаемого тока, отсутствие необходимости коммутировать его коллектором ротора, или выпрямлять полученный другими машинами переменный ток внешними коммутирующими или электронным приборами; большие собственные потери энергии из-за протекающих по диску обратных токов, его бесполезно нагревающих. Эта проблема частично решается в конструкциях двигателей и генераторов с жидким проводящим токосъёмником по всему периметру диска; Сочетание этих свойств обусловило очень узкие сферы применения этого типа генераторов.

Чтобы принцип работы униполярного мотора и генератора был более понятным, воспользуемся рис.3. Данный рисунок составлен из двух рисунков, взятых с одного форума в Интернете.

Рис.3. Объяснение работы униполярного мотора и генератора.

Рис.4. Еще одна схема для ознакомления с принципами работы униполярного двигателя и генератора.

В данных схемах предполагается, что магнит одновременно является как носителем магнитного поля, так и проводником электрического тока. Хотя с таким же успехом функции магнита можно разделить между диском из материала с высокой проводимостью и отдельным магнитом для создания магнитного поля. В этом случае необязательно, чтобы магнитное поле покрывало весь диск, достаточно, чтобы магнитное поле присутствовало пространственно только над тем сектором диска, где будет протекать электрический ток в случае, если мы имеем мотор, или над тем сектором, с которого мы будет этот ток получать в случае, если будем использовать конструкцию в качестве генератора. Это позволяет упрощать конструкцию, обеспечивая над нужными участками вращающего диска магнитное поле нужной напряженности, использую магниты (электромагниты) меньших габаритов при той же напряженности создаваемого магнитного поля.

Но вернёмся к униполярному динамо или мотору. Как для униполярного мотора, так и для униполярного генератора важно, чтобы вращался электропроводный диск, который должен обладать небольшим внутренним сопротивлением (золото, серебро, медь). Магнит может не вращаться или он может вращаться как вместе с диском, так и сам по себе, но исключительно параллельно вращающемуся диску. Данное открытие было сделано А. Родиным. Им обнаружено, что реакция на цилиндрическом магните-статоре при вращающемся диске-роторе в униполярном двигателе полностью отсутствует (рис.5). С другой стороны вращение постоянного магнита никак не влияло на вращение диска. Важен лишь факт наличия магнитного поля, его напряженность и направление силовых линий.

Рис. 5. Схема опыта А.Родина.

Внимательно посмотрим на рис.5. А теперь мысленно разделим диск над магнитом на множество мелких секторов. При вращении такого разрезанного на сектора диска каждый сектор превращается в самый обыкновенный проводник, который движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Но из курса физики средней школы мы прекрасно знаем, что в таком проводнике на его концах появляется разность потенциалов, а если по такому проводнику пропускать ток, то он будет двигаться в магнитном поле в плоскости, перпендикулярной направлению силовых линий магнитного поля. Т.е., поведение диска, как совокупности секторов круга, соединенных с центре вокруг оси и ободом на периферии, прекрасно объясняется хорошо известными нам со школьной скамьи законами. Получается, что вместо одного контакта на периферии диска можно использовать несколько контактов, равномерно разместив их по краю диска и соединив их параллельно. Или использовать один кольцевой контакт, обеспечив при этом малое трение между ним и краем диска (ртуть, графит, специальные смазки на основе графита и т.п.).

Никола Тесла в качестве одного из вариантов повышения выходы электроэнергии из униполярного генератора также предложил разбивать диск на секторы, но только не прямые, а в виде своеобразной спирали (рис.6). Тесла, похоже, предложил такую конструкцию для того, чтобы при вращении диска токи, протекающие по секторам, создавали своеобразную плоскую катушку, а значит и магнитное поле. Причем в зависимости от направления спиральных секторов эти токи могли создавать магнитные поля, которые усиливали, либо ослабляли магнитное поле основного магнита.

Но этот способ имеет недостаток в том, что совокупный ток разбивается на потоки по секторам, в самих секторах растет сопротивление, что ведет к снижению мощности генератора. Вместо того чтобы подразделять диск или цилиндр по спирали, как обозначено в Рис.6, более удобно вставить один или более витков между диском и контактным кольцом на периферии, как показано на Рис.7.

Поступить можно немного по-иному. Щётку B’ можно оставить к контакте с диском, а к ней уже присоединить проводник, образующий вокруг диска один или несколько витков вокруг диска. Тогда ток, прежде чем попасть в нагрузку, успевает в силу своего большого значения создать внутри витков (селеноида) мощное магнитное поле, которое, если правильно подобрать направление витков, будет суммироваться с магнитным полем магнита и приводить к увеличению тока, снимаемого с вращающегося диска. Если выбрать другое направление для витков, то можно создать генератор, у которого сила тока на выходе будет при увеличении частоты вращения уменьшаться. Такой генератор, не исключаю, мог бы найти применение в электротехнике, как элемент, свойства которого будут аналогичны такому элементу, как отрицательное сопротивления. Можно в качестве элемента отрицательной связи направлять в такую спираль (катушку) только часть тока, снимаемого с диска. Это позволит ограничить максимальный ток, снимаемый в нагрузку с такого генератора, что позволит предотвратить возможную аварию.

Многие изобретатели пытаются создать тандем из униполярного генератора и униполярного мотора, чтобы частью мощности униполярного генератора питать униполярный мотор, который в свою очередь будет вращать диск униполярного генератора. Теоретически это сделать можно. Но надо не мудрить, а посадить на общую ось и униполярный генератор, и униполярный мотор. Так как для вращения всей конструкции потребуется преодолевать только силу трения, то униполярный мотор должен иметь должную для этого мощность, для чего потребуется подобрать магнит(ы), между которыми будет вращаться диск униполярного мотора. А вот для диска (дисков) униполярного генератора магниты надо брать более мощные и дополнять их витками проводника для усиления магнитного поля, в котором будут вращаться диски униполярного генератора.

Николу Тесла сделанные усовершенствования полностью не удовлетворили, поэтому он предложил еще один вариант униполярного динамо, в котором постарался в максимальной степени избавиться от недостатков, связанных с контактами (щетками). Дело в том, что любая щетка мешает диску вращаться, так как между щеткой и диском неизбежно трение и искрообразование, которые вместе снижают эффективность и надежность униполярной машины. На рис.8 показано, как Тесла решил эту задачу.

На этом рисунке два униполярных генератора объединены в одно целое устройство. Диски H и K генераторов вращаются в одну сторону, будучи связанные гибким металлическим (электропроводным) поясом L. А вот направление магнитных полей магнитов, между которыми вращаются диски генераторов, противоположное. Поэтому в одном из них токи текут от центра в периферии, а у другого от периферии к центру. Электропроводный пояс L позволяет току с одного диска свободно перейти на другой диск. Остается теперь только снимать ток с валов генераторов, для чего служат контакты F и P, а также зажимы N. Такие контакты (токосъёмы) уже более надежны и проще в изготовлении и эксплуатации, так как линейная скорость вращения вала заметно меньше, чем на краю диска. Естественно данный генератор можно использовать в качестве униполярного двигателя. Никола Тесла предусмотрел шкивы управления M, чтобы можно было вращать один из валов G .

Одним из недостатков униполярного двигателя является получаемое небольшое напряжение – максимум чуть больше 1 вольта. Для удвоения напряжения можно применить такую схему (рис.9).

Рис.9. Униполярка с удвоением напряжения.

В качестве магнитов можно использовать два подковообразных магнита, тогда в области дуг этих магнитов придется просверлить отверстия для вала диска. Данный вариант, наверное, будет самым лучшим, так как позволит замкнуть силовые линии магнитов в максимальной степени, что позволит продлить срок эксплуатации магнитов, так как не исключено, что со временем магниты могут размагничиваться. Но можно взять два магнита «Сибирский Коля». Один разместить сверху диска, а второй снизу так, чтобы магниты «смотрели» друг на друга участками с различными полюсами. Можно из магнита «Сибирский Коля» сделать что-то похожее на подковообразный магнит, если полюса, не обращенные к диску замкнуть между собой «скобой» из магнитомягкого железа.

Разместив щетки на противоположных концах диаметров диска, как это показано на рис.9 мы сможем получать постоянный ток, напряжение которого будет примерно в 2 раза больше, чем, если бы ток снимался с оси и одной из щеток. Действительно, на одной половине диска (справа) направление магнитного поля будет сверху вниз, а слева магнитное поле будет направлено снизу вверх. Значит, при выборе направления вращения ток в одной из половин диска будет течь от щетки к оси, а на другой половине диска – от оси к другой щетке. Конечно, при этом увеличится вдвое сопротивление, а значит, ток не изменится по сравнению с классическим униполярным двигателем, но это уже инженерам решать, когда им важнее ток, а когда напряжение.

Также как и в случае с классическим униполярным генератором можно сделать «шашлык» из магнитов и дисков. И собрать конструкцию, в котором можно диски соединить либо последовательно, либо параллельно. В первом случае можно получить на выходе напряжение, повышенное во столько раз, сколько дисков будет включено в цепочку. А во втором случае мы получим увеличение тока согласно числу подключенных дисков.

Простой униполярный мотор своими руками

Первый униполярный двигатель был продемонстрирован Майклом Фарадеем в 1821 году. Он экспериментировал с магнетизмом и электричеством и открыл первую известную в природе круговую силу.

На основе этой силы и работает униполярный мотор, изготовление которого может стать очень увлекательным и познавательным занятием: как сделать самостоятельно такой униполярный двигатель своими руками на основе обычной батарейки AA.

В качестве материалов для изготовления мотора нам понадобится пальчиковая батарейка, несколько неодимовых магнитов и медная проволока длиной около 30 см.

Для начала на положительном полюсе батарейки нужно сделать небольшую впадинку. Для этого можно использовать гвоздь, отвертку или даже многофункциональный инструмент. Будьте осторожны, старайтесь не ударять по батарейке слишком сильно. По ней нужно просто ударить с достаточной силой, чтобы осталась небольшая вмятина, но не нужно бить так, чтобы сломать ее или раздавить крышку.

Теперь поместите батарейку на стопку небольших неодимовых магнитов. Эта стопка должна быть достаточно высокой, чтобы осталось пространство для контакта с проводом.

Затем нужно сделать катушку из медной проволоки. Сначала проверьте один конец провода, и если он плоский, то откусите кусачками конец этого провода так, чтобы он имел острый угол. При необходимости зачистите его лучше, чтобы конец был действительно острым. После этого сформируйте из данного куска медной проволоки спираль. Поместите заостренный конец в углубление в верхней части батарейки. И если катушка слишком коротка или слишком длинна, то вы просто можете растянуть или сжать эту катушку, подогнав размер под батарейку.

Сделайте так, чтобы катушка висела свободно, и посмотрите, достает ли свободный конец провода до магнитов, расположенных под батарейкой. Если это так, то ток сможет течь по проводу. И если провод имеет достаточный контакт с магнитом, то провод начнет вращаться, по часовой стрелки или против часовой стрелки в зависимости от полярности магнитов. Теперь просто наслаждайтесь зрелищем.

Дубликаты не найдены

Мотор чего-то двигать должен. Что от этого мотора можно расшевелить?

Почти два века движку, а большая часть населения планеты о нем не знает.

Еще в ютубе поезда на этом же принципе есть тунель из проволоки — дорога, а батарейка с магнитами по краям — поезд

как называется эфект когда как раз этим занимался и искал инфу по этому поводу в инете, и тут она сама всплывает на пикабу очень вовремя?

Хамить он мне еще будет.

Случай на работе, произошедший 10 минут назад.

Предыстория.

Я программист 1с, PHP (HTML, CSS и.т.д.).

У нас уволился парнишка, который администрировал сеть, заправлял картриджи, решал проблемы с поломками.

Звонок на внутренний номер: Я — я, Т – странная тетка

Т: — Придите ко мне, у меня принтер стал плохо печатать.

Я: — Я программист, не заправляю принтеры, не слежу за сетью. Это не моя работа.

Т: — Ты же все равно разбираешься, приди сделай, а то мне отчет нужно, а принтер плохо печатает… Дома же свой компьютер можешь сделать.

Я: — Понимаете, то, что я разбираюсь, не означает, что должен выполнять работу, за которую мне не платят.

Т: — Ну и что? Помочь, что сложно?

Я: — Ко мне сегодня не пришла уборщица, давайте вы придете и уберете мой кабинет? Швабру вы держать умеете, наверняка полы дома моете.

Т: — Да пошел ты, хамить он мне еще будет…

Я дихо ох#ел от такой наглости.

Биофакер

Посчитал и удивился

Пост, наверное не станет ни для кого открытием, но я серьёзно задумался над ситуацией. Наверное в силу молодости и глупости.

Два года назад я работал охранником, получал 30.000р в месяц и мне хватало ровно на еду, недорогую одежду и оплату налогов.

Прошло два года и я работаю на хорошей должности, получаю 60.00р в месяц и мне хватает ровно на еду, недорогую одежду и оплату налогов.

–»wtf?» – спросил я себя сегодня и сел за калькулятор обложившись чеками.
И обнаружил, что ценники на большую часть продуктов которые я покупаю всё это время поднялись от 30 до 60% за эти два года, проезд стал дороже, квартплата поднялась, а одежда осталась почти той же цены, но сильно просело качество, что вынуждает покупать её за чуть большую сумму, чтобы сэкономить и не покупать каждый месяц.

Нет, я не зажрался, расходы увеличились на 1 пачку красной рыбки в месяц за 290р по акции и 3000р за более дорогие сигареты, новых позиций в корзине не появилось. Просто деньги стали в 1,5 раза дешевле.

Получается, что навыки, которые я нарабатывал и усилия которые я прилагал для своего продвижения по карьере позволили мне остаться там где я стоял, а не улучшить своё положение. Это даже немножко пугает.

Ответ на пост «А где «Саня»?»

Ребята, так здорово, что вы о нас беспокоитесь , впрочем я всегда, на протяжении трех лет, ощущаю вашу поддержку.

Мы не пропали, я реже пишу на Пикабу. Во-первых боюсь надоесть вам с нашей историей, постоянно позитивные люди быстро начинают надоедать .

Во- вторых сейчас я больше пишу о нашей сельской жизни, о людях, что нас окружают, о наших делах, заботах. Считаю, что такой контент не популярен здесь.

Мы всё также много путешествуем с Саней, правда в пределах нашей области только, о чем я и пишу в блоге инстаграм (ссылка в шапке профиля). По вашему совету мы его завели два года назад, сейчас у нас 93 тыс подписчиков и это очень радует меня, потому что я зарабатываю на блоге, делаю рекламу. Чем больше подписчиков, тем больше охваты, дороже реклама. Сане нужна электроколяска, стоит она как поддержанный автомобиль, а я без зубов ( вы знаете цены на стоматологические услуги). Мне не стыдно, ребята об этом писать (тут попытались меня пристыдить , мол, я зарабатываю на болезни мужа) Сани в блоге практически нет, зарабатываю на постах, которые находят отклик у людей.

Саша хорошо себя чувствует, мы много с ним занимаемся для восстановления работы правой руки. Он в курсе всего что я делаю, каждый пост я согласовываю с ним. Ребята, мой муж для меня не инвалид и не обуза, он любимый , родной мне человек, не ищите тайный смысл, там где его нет!

Всем вам желаю теплой осени , любви и традиционно передаю привет от Сани! Не болейте!

Модернизация диска Фарадея: Создание эффективных униполярных генераторов

Униполярный генератор, динамо машина, диск Фарадея: не важно, как вы его называете, в любом случае, униполярный генератор — это интересное устройство. В отличии от большинства других устройств того же назначения, униполярные генераторы способны вырабатывать большой ток при низком напряжении и выделять большое количество электроэнергии. Из-за таких характеристик, учёные работали над улучшением этого устройства с момента его изобретения. Вы также можете провести анализ рабочих характеристик униполярного генератора с использованием программного обеспечения COMSOL Multiphysics®.

Краткая история униполярных генераторов

Спустя 10 лет после прорыва в области электродвигателей в 1831 году Майкл Фарадей создал свой первый генератор. Первая установка (которую позже назвали ) была очень простой. Она состояла из медного диска, который вращался между полюсами постоянного магнита. Несмотря на то, что генератор Фарадея успешно демонстрировал принцип действия электромагнитной индукции, на практике он был слишком неэффективен из-за больших потерь и возникновения противотоков.

На протяжении многих лет учёные пытались улучшить производительность униполярных генераторов. Одним из самых известных примеров является разработанная Николой Теслой конструкция, в которой металлический ремень разделял параллельные диски на параллельных валах. Такая конструкция помогла уменьшить потери на трение, что значительно повысило эффективность устройства.

В 1950-е годы было обнаружено, что униполярные генераторы отлично очень полезны для импульсных силовых установок, так как они могут запасать энергию в течении длительного периода и практически мгновенно выделять её. Данное открытие возобновило интерес к генераторам, а учёные начали создавать масштабные конструкции генераторов. Один из них был создан сэром Майклом Олифантом в австралийском Национальном университете. Этот огромный генератор использовался на протяжении 20 лет и мог выдавать ток до 2 МА.

Не смотря на то, что униполярные генераторы прошли долгий путь и назывались различными именами изобретателей, учёные и инженеры до сих пор продолжают работать над улучшением производительности этих устройств. Одним из подходов к такой модернизации, конечно, является численное электродинамическое моделирование…

Моделирование простого униполярного генератора с использованием модуля AC/DC пакета COMSOL Multiphysics®

Давайте рассмотрим учебный пример, в котором представлена простая 3D модель униполярного генератора. Он состоит из вращающегося диска радиусом 10 см, который помещён в однородное магнитное поле величиной 1 Тл. Медный проводник соединяет край диска с его центром, чтобы создать замкнутую цепь для протекания тока, вызванного вращением проводника в постоянном магнитном поле (Lorentz current).

Обратите внимание, что угловая скорость диска — 1200 об/мин, а протекающий через проводник ток равен примерно 45.16 кА. Для моделирования вращающегося диска можно использовать узел Lorentz term (вклад силы Лоренца) по двум причинам:

В диске нет магнитных источников, которые вращаются вместе с ним
Диск ничем не ограничен и направление его движения не изменяется

В данном случае распределение тока не изменяется при вращении диска.

Анализ результатов электродинамического расчета

После проведения стационарного расчёта можно проанализировать распределение тока в диске и проводнике. Анализируя полученные результаты для нормы плотности тока и его направления, вы можете найти способы улучшения конструкции униполярного генератора.

Более того, можно изучить влияние магнитного поля, например, на вращение. Ниже приведён график распределения общей и индуцированной магнитной индукции в системе.

Резистивные потери играют ключевую роль в эффективности таких генераторов, поэтому важно их минимизировать. На графике ниже продемонстрированы расчетные потери в проводящих частях генератора, которые легко получить в результате моделирования.

Используя электродинамическое моделирование, инженеры могут модернизировать конструкции униполярных генераторов, улучшать их производительность путём уменьшения потерь на трение или изменения распределения магнитного поля.

Дальнейшие шаги

Чтобы скачать учебный пример, представленный в этой заметке, нажмите на кнопку ниже. Вы окажетесь в Галерее приложений, где сможете войти в свою учетную запись COMSOL Access и загрузить MPH-файл, а также ознакомиться с пошаговыми инструкциями по сборке модели.

об униполярной индукции, вечных двигателях и атомных реакторах

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 моя пракитическая реализация из латунного болта от крышки унитаза:

вот еще один «иследователь» здесь скорее интересна сама установка. автор понятия не имет как она работает.

в моей реализации центр диска соединен с осью так что я измерею напрежение между осью и точкой окружности на переферии диска.

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 металлах ну 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 зависит от потока магнитной индукции.

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

на всамом деле никакой контрреволюции шарлотанства 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 возбуждающего 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 вращение вокруг тойже оси 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 ижменению напряженности магнитного 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. даже без вращения 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.

разбирать бвижение каждого отдельного электрона нет смысла. вся эта «каша» частиц особоне интересна. 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 т.е. магнит можно крутить а можно не — это мло что меняет. 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 Лоренца свободные электроны перемещаются внутри тела перпендикулярно направлениям u и B до 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 υ в 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. т.е. сушествует единое электромагнитное поле, которое, в зависимости от выбора системы отсчета, проявляется в электрическом или магнитном взаимодействиях. в нашем примере с частицей в ситеме каторой она движется на неё действует сила Лоренца, а ситеме которой она покоится сила Лоренца на неё действовать не может. чтобы вернуть эквивалетность двум системам — они же движутся равномерно относительно друг друга и в механическом смысле иквивалентны, в системе которой частица покоится на неё будеть действовать уже сила Кулона т.е. будет напряженность электрического поля. ситемы стновятся эквивалентны уже в электрическом смысле.

вслучае униполярного генератора: в собственной системе отсчета пластины сущестует только постоянное магнитное поле, а в лабораторной системе отсчета магнит и пластина (см. фотографию моей модели) вращаются. т.е. там имет место уже электрическое поле перпендикулярное 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 10 28 м -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!

т.е. нам важна скорость изменения точки контакта, поток, НО НЕ РАБОТА т.е. неажно сколько энерги мы тратим на смену точки контакта. стоит отметить, что большой полезный ток будет препятствовать смене точки контакта, но это скорее досадная неприятность, с которой можно бороться.

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.

n — число оборотов всекунду
Ф — поток магнитной индукции.

кстаи обратите внимание я чем эта формула принципиально отличается от закона электромагнитной индукции Фарадея — в ней отсутсвует знак «-«.

вот еще одна демонстрция. к сожалению автор не понимает суть процессов, но как наглядная демонстрацияю особенно интересно значение тока и при этом невидно признаков силного недостатка мощности в системе:

к сожалению автор плохо понимает природу ефекта, что не дает возможности увеличить значение ЭДС — здесь она доли вольта.

прочитав стаью, у иного читателя может сложится впечатление что «вечняк» у него в кармане. это верно лишь отчасти. концептуально показано как можно превратить напряженность магнитного поля в напряженность электрического поля. это кстати придумал не я, а Эйнштейн. однако практическая реализация сталкнется с рядом трудностей вот например:
1. остаточная индукция поятоянных магнитов нужна очень большая — единицы Т.
2. диаметр нужен тоже большой, желательно единицы метров, что мало вероятно.
3. поля полезных токов должны быть компенсированы.
4. энергию на вращение диска нужно затрачивать как можно меньше.

однако не смотря на эти ограничения, подобную машину построить всеже можно. ну во-первых поток индукции нужно создавать в довольно узкой шели, ротор может вращаться и без магнитов, хоть и поток зависит от радиуса в метрах квадратично, можно увеличивать число элементарных генераторов, поля полезных токов можно коменсировать как в машине Форбса. кстати на такую возможность указывал еще Фарадей. более того есть основания считать, что известный в определенных кругах генератор капанадзе — это именно такой генератор. возникает вопрос — «а почему Фарадей быстро не сляпал такой генератор?» ответ банален — было неизчего. т.е. предположим что у нас имется в расряжени магнит диаметром 0.1 метра. 10 сантиметров — не маленький и остаточная индукция 1.5 Тесла. в общем нехилый такой магнит. нужно заметить что таких понадобится два. считаем что весь поток проходит через пластину которая вращается отдельно от магнитов:

как можно видеть поток не такой уж большой. и нужно «нехило» крутить пластину. пусть это 20 оборотов в секунду. тогда ЭДС= 0.9 [В] негусто. отметить, что вряд ли у Фарадея был такой магнит.

таким маленьким напряжением (но большим по бытовым меркам током считаем по закону Омма I=U/R) можно запитать униполярный двигатель, а моментом с этого двигателя (т.е. передачей механической мощности) можно запитать что-то еще.

напомню формулы для примерного расчета ЭДС:

где
n — число оборотов в секунду
Ф=S*B — поток магнитной индукции

Глава 12 Униполярные машины

Первый униполярный генератор изобрел Майкл Фарадей. Суть эффекта, открытого Фарадеем, заключается в том, что при вращении диска в поперечном магнитном поле, на электроны в диске действует сила Лоренца, которая смещает их к центру или к периферии, в зависимости от направления поля и вращения, рис. 175. Благодаря этому, возникает электродвижущая сила, и через токосъемные щетки, касающиеся оси и периферии диска, можно снимать значительный ток и мощность, хотя напряжение небольшое (обычно, доли Вольта).

Рис. 175. Принцип униполярной индукции

Позднее, было обнаружено, что относительное вращение диска и магнита не является необходимым условием. Два магнита и токопроводящий диск между ними, вращающиеся вместе, также показывают наличие эффекта униполярной индукции. Магнит, сделанный из электропроводящего материала, при вращении, также может работать, в качестве униполярного генератора: он сам является и диском с которого щетками снимаются электроны, и он же является источником магнитного поля. В связи с этим, принципы униполярной индукции развиваются в рамках концепции движения свободных заряженных частиц относительно магнитного поля, а не относительно магнитов. Магнитное поле, в таком случае, считается неподвижным.

Споры о таких машинах шли долго. Понять, что поле есть свойство «пустого» пространства, физики, отрицающие существование эфира, не могли. Это правильно, поскольку «пространство не пустое», в нем есть эфир, и именно он обеспечивает среду существования магнитного поля, относительно которого вращаются и магниты, и диск. Магнитное поле можно понимать, как замкнутый поток эфира. Поэтому, относительное вращение диска и магнита не является обязательным условием.

В работах Тесла, как мы уже отмечали, были сделаны усовершенствования схемы (увеличен размер магнитов, а диск сегментирован), что позволяет создавать самовращающиеся униполярные машины Тесла, показанные на рис. 68. Странно, что нет информации о современных разработчиках таких генераторов.

Группа исследователей данного направления в Индии, под руководством Парамаханза Тевари (Paramahansa Tewari), сайт http://tewari.org получает 250 % эффективность с обычным электропроводящим диском. На рис. 176 показан их униполярный генератор с повышающим трансформатором.

Рис. 176. Униполярный генератор Тевари

Другой автор аналогичных разработок, Брюс Де Палма (Bruce De Palma) называл свой проект N-машина. Брюс был профессиональный инженер, закончил Гарвард и 15 лет занимался темой униполярных генераторов. На рис. 177 показана его схема, в которой и магниты, и токопроводящий диск вращаются вместе.

Рис. 177. N-машина Брюса де Палма

Испытания различных конструкций N-машины проводили профессионалы, в течении многих лет. Метод перспективный, обеспечивается эффективность, как соотношение затраченной мощности привода и создаваемой электрической мощности, не менее 200 %.

Недостатки, как и у других униполярных генераторов, состоят в том, что мощность на выходе имеет вид постоянного тока низкого напряжения. Однако, их применение, уже 20 лет назад, планировалось в системах низковольтного электролиза, с целью получения дешевого водорода из воды, в том числе, морской воды.

Из работ других авторов отметим статьи и эксперименты Николаева Г.В., Гуала-Валверде (Jorge Guala-Valverde) и Педро Маззони (Pedro Mazzoni).

Конструктивное решение, позволяющее увеличить не только мощность, но и рабочее напряжение, получаемое на выходе униполярного генератора, было мной предложено в 2001 году. В течении 2002–2003 годов, мы провели ряд экспериментов, успешно доказав возможность использования принципа униполярной индукции для случая токопроводящего ротора, представляющего собой катод электронной лампы ГУ-74. Суть эксперимента состояла в следующем.

Радиатор с корпуса лампы ГУ-74 удаляется, а на его место одевается кольцевой магнит осевой намагниченности, как показано на рис. 178.

Рис. 178. Униполярный генератор Фролова

Магнит и электронно-вакуумная лампа вращаются вместе, при этом на катод подается обычное напряжение накала. Термическая эмиссия электронов, обычно, не приводит к появлению тока между анодом и катодом. Для этого надо также приложить высокое напряжение между ними. В предлагаемом униполярном генераторе, при вращении в магнитном поле, сила Лоренца обеспечивает движение электронов от катода к аноду. Выходная мощность снимается с выводов «анод» и «катод». Напряжение на выходе обеспечивается постоянное, измерения показали, что в отличие от обычных униполярных генераторов, оно составляет десятки Вольт. Теоретически, поскольку в данной схеме принципиально нет торможения ротора при подключении нагрузки, мощность на выходе не зависит от потребляемой мощности. Небольшие затраты нужны на разогрев катода и поддержание вращения.

В 2004 мы провели конструкторские работы с предприятием, производящим электронно-вакуумные приборы, по разработке мощного генератора для коммерциализации данной концепции, но проект был остановлен на стадии документации. Предлагается лицензия на данную технологию.

Мы рассмотрели много конструкций, имеющих разные достоинства, но у всех есть один недостаток, а именно, в них используются вращающиеся части и механизмы. Применение таких генераторов энергии может быть ограничено в ряде случаев, поэтому перспективными разработками можно полагать такие генераторы, в которых нет подвижных или вращающихся частей. Перейдем к следующей главе.

Униполярный генератор

Униполярный генератор — разновидность электрической машины постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2-й токосъёмник у края диска.

Содержание

Принцип действия

На электроны, находящиеся в диске, действует Сила Лоренца, являющаяся векторным произведением напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником в результате вращения диска. Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем.

В отличие от других электрических машин, такой генератор имеет:

чрезвычайно низкую ЭДС (от долей до единиц вольт) при низком внутреннем сопротивлении и большом токе;
равномерность получаемого тока, отсутствие необходимости коммутировать его коллектором ротора, или выпрямлять полученный другими машинами переменный ток внешними коммутирующими или электронным приборами;
большие собственные потери энергии из-за протекающих по диску обратных токов, его бесполезно нагревающих. Эта проблема частично решается в конструкциях двигателей и генераторов с жидким проводящим токосъёмником по всему периметру диска;
Опыты с двумя дисками, вращающихся навстречу и касающимися друг-друга — показали лучшие результаты.

Сочетание этих свойств обусловило очень узкие сферы применения этого типа генераторов.

История

Диск Фарадея

В 1831 году Майкл Фарадей, открыв закон электромагнитной индукции, помимо прочих экспериментов, построил наглядное устройство преобразования механической энергии в электрическую — диск Фарадея. Это было чрезвычайно неэффективное устройство, однако оно имело значительную ценность для дальнейшего развития науки.

Закон электромагнитной индукции, сформулированный Фарадеем, рассматривал проводящий контур, пересекающий линии магнитного поля. Однако в случае диска Фарадея магнитное поле было направлено вдоль оси вращения, контур относительно поля не перемещался. Наибольшее же удивление вызвал тот факт, что вращение магнита вместе с диском также приводило к появлению ЭДС в неподвижной внешней цепи. Так появился парадокс Фарадея, разрешённый только через несколько лет после его смерти с открытием электрона — носителя электрического заряда, движение которого обуславливает электрический ток в металлах.

Наглядно видимая парадоксальность униполярной индукции выражается следующей таблицей, в которой описаны различные комбинации из вращения и неподвижности частей установки, и восклицательным знаком отмечен результат, интуитивно не объяснимый — возникновение тока в неподвижной внешней цепи при одновременном вращении диска и закреплённого вместе с ним магнита.

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

Последовательное же объяснение явления униполярной индукции даётся теорией относительности.

Патенты и некоторые практические конструкции

Charles E. Ball (US238631; March 1881), en:Sebastian Ziani de Ferranti, en:Charles Batchelor получили самые ранние известные патенты на конструкции униполярных генераторов.
Никола Тесла ( U.S. Patent 406 968 ) разработал конструкцию, в которой вращались на параллельных осях два диска в разных по направлению магнитных полях связаные металлическим ремнем.
В 1989 году в Австралии действовал униполярный генератор, вырабатывавший ток 1500 кА при напряжении 800 В.

Физика плазмы, МГД генераторы

Астрофизика

Наиболее существенной сферой современного применения представления об униполярном генераторе является астрофизика. В ряде звёздных систем в космосе наблюдаются природные магнитные поля и проводящие диски из плазмы, поведение которых как бы повторяет опыты Фарадея и Теслы.

Псевдонаучное шарлатанство

Данный тип электрических машин неоднократно использовался для построения вечного двигателя, источника даровой энергии и тому подобных мистификаций.

Наиболее известна история так называемой «N-машины» Брюса де Пальма (2 октября 1935 — октябрь 1997), который декларировал, что в его конструкции произведённая диском Фарадея энергия будет в пять раз больше, чем затраченная на его вращение. Однако в 1997 году, уже после смерти Брюса де Пальма, построенный экземпляр его машины был официально испытан с отрицательным результатом. Произведённая энергия рассеивалась в виде тепла, и величина её не превышала затраченной.

Основой для таких спекуляций служит неверное понимание известного «парадокса Фарадея» и представление о том, что разрешение этого «парадокса» кроется в каких-то особых полях и свойствах пространства (например, «торсионных»).

Также встречаются конструкции «униполярных генераторов» и двигателей, авторы которых рекламируют колоссальный выигрыш по сравнению с традиционными электрическими машинами.

Также муссируется неверно применённый к данному классу устройств термин «униполярный» (homopolar). На самом деле эти устройства следовало бы правильнее называть «устройствами однородного магнитного поля, постоянного тока и некоммутируемого соединения ротора», так как в прочих электрических машинах используется и/или неоднородное магнитное поле и/или переменный ток и/или коммутация частей обмотки ротора.

Дополнительные сложности при объяснении работы униполярных электрических машин вызывает представление о движении носителей заряда, электронов, в частности термин «скорость». Во-первых, сразу возникает вопрос о том, скорость относительно чего мы рассматриваем в данном случае. Во-вторых, ознакомление невнимательного энтузиаста со специальной теорией относительности может привести его к запутывающему жонглированию понятиями «наблюдатель», «скорость» и тому подобными.

Ссылки

И. Е. Тамм. Основы теории электричества. § 112
Физическая энциклопедия, т.5, стр.224, стр.225, статья «Униполярная индукция», авторы Г. В. Пермитин, Ю. В. Чугунов.
Л. А. Суханов. Электрические униполярные машины, 1964 г.

См. также

Униполярная индукция
Из-за принципа обратимости электрических машин возможен и униполярный электродвигатель.

Сенья ди Бонавентура
Андроник Палеолог

Полезное

Смотреть что такое «Униполярный генератор» в других словарях:

УНИПОЛЯРНЫЙ ГЕНЕРАТОР — бесколлекторная электрическая машина постоянного тока, действие которой основано на явлении униполярной индукции. Униполярный генератор позволяет получать постоянный ток большой величины (до 105 А) низкого напряжения (десятки В). Применяется в… … Большой Энциклопедический словарь

униполярный генератор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN acyclic generatorhomopolar generatorunipolar generator … Справочник технического переводчика

униполярный генератор — бесколлекторная электрическая машина постоянного тока, действие которой основано на явлении униполярной индукции. Униполярный генератор позволяет получать постоянный ток большой величины (до 105 A) низкого напряжения (десятки В). Применяется в… … Энциклопедический словарь

Униполярный генератор — бесколлекторный генератор постоянного тока, действие которого основано на явлении униполярной индукции (См. Униполярная индукция). На статоре У. г. (рис.) расположены (соосно с валом генератора) две тороидальные катушки возбуждения,… … Большая советская энциклопедия

Униполярный электродвигатель — Униполярный электродвигатель разновидность электрических машин постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2 ой токосъёмник у края диска … Википедия

Генератор — (от лат. generator производитель) устройство, аппарат или машина: производящие какие либо продукты (генератор ацетиленовый, лёдогенератор, парогенератор, газогенератор, генератор водорода) вырабатывающие электрическую энергию… … Википедия

Электрический генератор — Основная статья: Электрогенераторы и электродвигатели Электрогенераторы в начале XX века Электрический генератор это устройство, в котором неэлектрические ви … Википедия

Диск Фарадея — Униполярный генератор разновидность электрической машины постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2 й токосъёмник у края диска. Диск Фарадея, первый… … Википедия

Колесо Барлоу — Униполярный электродвигатель разновидность электрических машин постоянного тока. Содержит проводящий диск, постоянное магнитное поле, параллельное оси вращения диска, 1 токосъёмник на оси диска и 2 ой токосъёмник у края диска. Наглядная… … Википедия

Электрогенератор — Электрогенераторы в начале XX века Электрический генератор это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механическая, химическая, тепловая) преобразуются в электрическую энергию. Содержание 1 История … Википедия

Источник: nevinka-info.ru

Униполярный генератор униполярный двигатель

Униполярный генератор униполярный двигатель

Простой униполярный мотор своими руками

Дубликаты не найдены

Хамить он мне еще будет.

Биофакер

Посчитал и удивился

Ответ на пост «А где «Саня»?»

Модернизация диска Фарадея: Создание эффективных униполярных генераторов

Краткая история униполярных генераторов

Моделирование простого униполярного генератора с использованием модуля AC/DC пакета COMSOL Multiphysics®

Анализ результатов электродинамического расчета

Дальнейшие шаги

об униполярной индукции, вечных двигателях и атомных реакторах

Глава 12 Униполярные машины

Читайте также

Боевые машины

Электрические машины

Глава I Весла и метательные машины

НОВЫЕ МАШИНЫ

Глава III Советские легкие танки и боевые машины десанта

Глава первая ВЕСЛА И МЕТАТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ

ХИМИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

ИНЖЕНЕРНЫЕ МАШИНЫ

ОЦЕНКА МАШИНЫ

Глава IV Советские бронеавтомобили, бронетранспортеры и боевые машины пехоты

Глава 20. Инфинитезимальные машины

«Адские машины»

ОЦЕНКА МАШИНЫ

ОЦЕНКА МАШИНЫ

10. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ

Униполярный генератор

Содержание

Принцип действия

История

Диск Фарадея

Патенты и некоторые практические конструкции

Физика плазмы, МГД генераторы

Астрофизика

Псевдонаучное шарлатанство

Ссылки

См. также

Полезное

Смотреть что такое «Униполярный генератор» в других словарях: