Цікава фізика: обертове магнітне поле на уроці. Обертове магнітне поле

Під ВМП (що обертається Магнітне Поле) мається на увазі те поле, градієнт магнітного порушення якого, не змінюючись по модулю, циркулює зі стабільною кутовий швидкістю.

Наочний приклад

Практична дія магнітних полів допоможе продемонструвати установка, зібрана в домашніх умовах. Це обертовий диск з алюмінію, закріплений на нерухомому імпості.

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

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

Причина в тому, що при зміні магнітного поля (а обертовий магніт 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»). З'явилися в диску струми, своїм впливом створюють своє, окреме магнітне поле. А взаємодія двох полів, викликає їхню протидію і спин алюмінієвого диска.

Принцип роботи електродвигуна

Проведений експеримент породжує питання - чи можна без обертання магніту, але з використанням природи змінного струму створити ВМП? Відповідь - так, можна! На цьому фізичному законі побудована ціла галузь електротехнічного обладнання, в тому числі електродвигуни.

Для цього можна взяти чотири котушки і розташувати їх попарно, під 900 відносно один 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 напругу зрушиться щодо струму на π / 2. Так утворюється двофазний струм.

Якщо на одній парі котушок нульове напруга - магнітне поле відсутнє. На другій парі, в цей час напруга пікове і МП (магнітне поле) максимально. Поперемінне підключення і відключення котушок буде створювати ВМП зі зміною напрямку і постійною величиною. По суті, був створений електродвигун, тип якого називається однофазним конденсаторним.

Як створюються трифазні струми?

Вони протікають по чотирижильним проводам. Один грає роль нульового, а за трьома іншими подається синусоїдальний струм з фазовим зрушенням на 120º. Їли за тим же принципом розташувати три обмотки на одній осі під кутом 120º і подати на них струм з трьох фаз, то результатом буде виникнення трьох магнітних обертових полів або принцип трифазного електродвигуна.

Практичне застосування

подача електричного струму по трьох фазах, найбільш широко поширена в промисловості, як ефективний спосіб трансляції енергії. двигуни і генераторні установки, Що приводяться в рух трифазним струмом, більш надійні в експлуатації, ніж однофазні. Їх простота у використанні, обумовлена \u200b\u200bвідсутністю необхідності суворої регулювання постійної частоти обертання, а так само досягнення більшої потужності.

Проте, двигуни такого типу можна використовувати не у всіх випадках, так як їх обороти залежать від частоти обертання магнітного поля, яке становить 50Гц. При цьому відставання швидкості обертів двигуна, має бути менше від обертання магнітного поля вдвічі, так як в противному випадку не з'явиться ефект магнітного збудження. Коригування швидкості обертання ротора електричного двигуна, можливо тільки при постійному струмі, з допомогою реостата.

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

Все ж коефіцієнт корисної дії в асинхронних двигунах змінного електричного струму досягає 98%. Варто, так само відзначити, що ротор такого двигуна змінного струму складається з магнітною з переважаючою алюмінієвої складової. Причина в тому, що струми, найкраще викликають ефект індукції магнітного поля, саме в алюмінії. Мабуть, єдиним обмеженням у використанні трифазного двигуна, є нерегульована величина кількості оборотів. Але з цим завданням справляються додаткові механізми такі, як варіатори або коробки передач. Правда, це веде до подорожчання агрегату, як і у випадку з використанням випрямляча і реостата для двигуна постійного струму.

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

Електрогравітації це просто

початок сучасного етапу в розвитку електротехніки відноситься до 90-х років минулого століття, коли рішення комплексної енергетичної проблеми викликало до життя електропередачу електропривод. Електрифікація почалася тоді, коли виявилося можливим будувати великі електричні станції в місцях, багатих первинними енергоресурсами, об'єднувати їх роботу на загальну мережу і постачати електроенергію будь центри та об'єкт електроспоживання.

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

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

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

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

Однак вичерпні і отримали найбільшу популярність експериментальні і теоретичні дослідження магнітного поля виконали незалежно один від другавидающіеся вчені італієць Галілео Ферраріс (1847-1897 рр.) І серб Циколія Тесла (1856-1943 рр.).

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

Н. Тесла в своїй автобіографії розповідав, що ідея двухфазного асинхронного двигуна народилася у нього ще в 1882 році, коли він працював в Будапештській телеграфної компанії. Гуляючи в парку з одним, він, осяяний ідеєю, «тростиною зробив на піску начерк принципу, який виклав шість років по тому на конференції в Американському інституті електроінженерії». Доповідь в цьому інституті відбувся 16 травня 1888 р тобто на два місяці пізніше доповіді Ферраріс. Але першу заявку на отримання патенту на багатофазні системи Тесла подав ще 12 жовтня 1887 р тобто раніше виступу Ферраріс.

Зупинимося спочатку на роботі Г. Ферраріс виходячи не з пріоритетних міркувань, а з того, що в його роботі дано більш грунтовний теоретичний аналіз і ще тому, що саме переклад доповіді Ферраріс в англійському журналі потрапив свого часу в руки М. О. Доливо- Добровольскому і викликав перший імпульс в серії наступних чудових винаходів. Галілео Ферраріс був відомим в Європі вченим, який представляв Італію на різних міжнародних виставках і конгресах.

Професор розробляв теорію змінних струмів і вмів в дуже зрозумілій формі пояснювати важкі фізичні процеси. Ось як в перекладенні їм було пояснено явище обертового магнітного поля.

Розглянемо показану на рис. 6.2. просторову діаграму, на якій вісь x: є позитивний напрямок вектора магнітної індукції створюваної однієї з котушок, а вісь у положітельноенаправленіе поля іншої котушки. Для моменту часу, коли індукція одного поля в точці О зображується відрізком OA, а іншого - ОВ, сумарна результуюча індукція відіб'ється відрізком OR. При змінах OA і ПРО точка R переміщається але кривої, форма якої визначається законами змін в часі двох полів. Якщо два поля мають однакові амплітуди і зрушені по фазі на чверть періоду, то геометричним місцем точки R стане коло. У наявності обертання магнітного поля. Якщо фазу одного з полів або збудливого його струму змінити на 180, то зміниться і напрямок обертання результуючого поля. Якщо помістити в це поле забезпечений валом і підшипниками мідний циліндр, то він буде обертатися. Пізніше асинхронні двигуни з порожнистим ротором у вигляді мідного склянки отримали назву двигунів Ферраріс.

Але як отримати два змінних струму, зсунутих відносно один одного по фазі Ферраріс запропонував метод «розщеплення фаз», при якому штучно створювався зсув по фазі при включенні в ланцюзі двох взаімоперпендікулярних розташованих котушок фазосмещающіх пристроїв. На рис. 6.3. показаний зовнішній вигляд моделі двофазного асинхронного двигуна, що зберігається в музеї м Турина, директором якого кінця життя був Галілео Ферраріс.

У своєму теоретичному аналізі Ферраріс, перебуваючи в полоні методів «слаботочной техніки», припустив, що асинхронний Читач повинен працювати в режимі, погодженому з джерелом "читання, тобто в режимі передачі від джерела до двигуна Максимальної потужності. Звідси випливало умова роботи рухала при 50 -відсотковий ковзанні, і, як наслідок, ккд такого двигуна міг бути тільки нижче 50%. «Ці обчислення, - думав Ферраріс, - і експериментальні результати підтверджує очевидне a priori висновок, що апарат, заснований на цьому принципі, не може мати якого- або практичного значення... ». Ця прикра і повчальна помилка видатного вченого знижувала цінність відкриття і обмежувала область його застосування тільки вимірювальними пристроями. Але саме ця нещаслива для Ферраріс фраза виявилася щасливою нахшкоЙ дл я Дат 11 по-Дод ронол і-кіт.

Нікола Тесла, одні з найвідоміших і плідних вчених в області електротехніки, що починав і 80-х подах минулого століття свою наукову кар'єру, отримав тільки н області багатофазних систем 41 патент. Деякий час Тесла працював і Еднсоновской компанії в Парижі (1882-1884 рр. », А потім переїхав в США. У 1888 р пса своп патенти по багатофазним системам Тесла продав чолі відомої фірми Джорджу Всстннгаузу, який в своїх планах розвитку техніки змінного струму ( на противагу компанії Едісона) зробив верстата иа роботи Тесла. Згодом Тесла мною уваги приділяв техніці високих частот ( "трансформатор Тесла") і 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 їм для своїх досвідчених установок частоту 60 Гц. Тоді відмова інженер Вестннгауза від пропозиції Тесла послужили початковим імпульсом для вченого, що вирішила розлучитися з Вестінгаулом. Але незабаром саме ця частота би.1.1 прийнята н США в якості стандартної.

В патентах Тесла були описані різні варіанти багатофазних систем, На відміну від Ферраріс Тесла вважав, що багатофазні струми слід отримувати від багатофазних джерел, а не користуватися фазосмещающімі пристроями. Стверджуючи, що двухфазная система, будучи мінімальним варіантом системи багатофазної, виявиться і найбільш економічної, Тесла, а слідом за ним і фірма Вестннгауза, основна увага зосередили саме на цій системі.

Схематично система Тесла в її найбільш характерною формою представлена \u200b\u200bна рис, 6.4, сліпа зображений синхронний генератор, праворуч - асинхронний двигун. У генераторі між полюсами оберталися дві взаємно перпендикулярні котушку в яких генерувалися дна струму, зсунуті по фазі на 90. Кінці кожної котушки були виведені на кільця, розташовані на валу генератора (на кресленні для ясності ці кольцаімеют 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 виступаючих полюсів з зосередженої обмоткою. Ці двигуни мали велике магнітне опір і вкрай несприятливий розподіл сили, що намагнічує уздовж повітряного зазору, Що призводило до погіршення характеристик машини. Ось такими були слідства механічного перенесення в техніку змінного струму конструктивних схем машини постійного струму.

Конструкція обмотки ротора, як з'ясувалося пізніше, теж 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, погіршувало робочі характеристики .

Невдалим виявився і вибір двухфазной системи струмів з усіх можливих багатофазних систем. Відомо, що значну частку вартості установки для передачі електроенергії складають витрати на лінійні споруди і зокрема на лінійні дроти. У зв'язку з цим здавалося очевидним, що чемменьше прийняте число фаз, тим меншим буде число проводів і тим, отже, економічніше пристрій електропередачі. Двофазна система вимагала застосування чотирьох проводів, а подвоєння числа проводів в порівнянні з установками постійного або однофазного змінного струмів уявлялося небажаним. Тому Тесла пропонував в деяких випадках застосовувати в двофазної системі трьохпровідний лінію, тобто робити один провід загальним. У цьому випадку число проводів зменшувалася до трьох. Однак витрата металу на дроти при цьому знижувався менше, ніж можна було очікувати, так як перетин спільного проведення повинне бути приблизно в 1,5 рази (точніше, в 2 раз) більше перетину кожного з двох інших проводів.

Зустрілися економічні і технічні труднощі затримували впровадження двухфазной системи в практику. Фірма Вестінгауз побудувала кілька станцій по цій системі, з яких найбільшою за масштабами була Ніагарська гідроелектростанція.

Було показано, що його спроба створити практично «вічний двигун» вдалася тому, що автор інтуїтивно розумів, а може прекрасно знав, але ретельно приховував істину, як правильно треба створити магніт потрібної форми і як правильно треба зіставити магнітні поля магнітів ротора і статора, щоб взаємодія між ними призвело до практично вічного обертанню ротора. Для цього йому довелося зігнути роторні магніти так, що цей магніт в розрізі став схожий на бумеранг, слабоізогнутие підкову або банан.

Завдяки такій формі магнітні силові лінії роторного магніту виявилися замкнутими вже не у вигляді тора, а у вигляді «бублика», нехай і сплюснутого. І розміщення такого магнітного «бублика» так, щоб його площина була при максимальному наближенні магніту ротора магнітів статора приблизно або переважно паралельна силовим лініям, що виходять від магнітів статора, дозволило отримати за рахунок ефекту Магнуса для ефірних потоків силу, яка забезпечила невпинне обертання арматури навколо статора ...

Звичайно було б краще, якби магнітний «бублик» роторного магніту був би зовсім паралельним силовим лініям, що виходять з полюсів магнітів статора, і тоді ефект Мебіуса для магнітних потоків, які є потоки ефіру, проявився б з більшим ефектом. Але для того часу (понад 30 років тому) навіть таке інженерне рішення було величезним досягненням, що, незважаючи на заборону видавати патенти на «вічні двигуни», Говарду Джонсону через кілька років очікування, патент отримати вдалося, так як, мабуть, йому вдалося переконати патентознавців реально діючим зразком свого магнітного мотора і магнітної доріжки. Але навіть після 30 років хтось із можновладців вперто не бажає прийняти рішення про масове застосування подібних двигунів в промисловості, в побуті, на військових об'єктах та т.д.

Переконавшись, що мотор Говарда Джонсона використовує той принцип, який зрозумілий мною, виходячи з їхньою теорією Ефіру, я спробував проаналізувати з цих же позицій ще один патент, який належить російському винахіднику Алексєєнко Василю Юхимовичу. Патент був виданий ще в 1997 році, але пошук по Інтернету показав, що наша влада і промисловці фактично ігнорують винахід. Мабуть в Росії ще багато нафти і грошей, тому чиновники воліють м'яко спати і солодко їсти, благо у них зарплата це дозволяє. А в цей час на нашу країну насувається економічний, політичний, екологічний та ідеологічну кризу, які можуть перерости в продовольчий і енергетичні кризи, а при небажаному для нас розвиток породити демографічну катастрофу. Але, як любили говорити деякі царські военноначальники - не біда, баби нових народять ...

Надаю можливість самим читачам познайомитися з патентом Алексєєнко В.Є. Він запропонував 2 конструкції магнітних двигунів. Їх недоліком є \u200b\u200bте, що їх роторні магніти мають досить складну форму. Але патентознавці, замість того, щоб допомогти автору патенту спростити конструкцію, обмежилися формальною видачею патенту. Мені невідомо, як Алексєєнко В.Є. обійшов заборону на «вічні двигуни», а й на тому спасибі. А ось те, що цей винахід фактично виявилося нікому не потрібним, це вже дуже погано. Але це, на жаль, сувора правда буття нашого народу, яким керують недостатньо компетентні або занадто корисливі істоти. Поки смажений півень НЕ клюне ...

ВИНАХІД

патент Російської Федерації RU2131636

Безпаливних МАГНІТНИЙ ДВИГУН

Вивчаючи диск Фарадея і т.зв. "Парадокс Фарадея", провів кілька простих дослідів і зробив кілька цікавих висновків. В першу чергу про те, на що слід звертати більше уваги для того, щоб краще зрозуміти процеси, що відбуваються в цій (і подібних) уніполярної машині.

Розуміння принципу роботи диска Фарадея допомагає зрозуміти також те, як працюють взагалі все трансформатори, котушки, генератори, електродвигуни (в т.ч. уніполярний генератор і уніполярний двигун) і т.п.

У замітці малюнки і докладний відео з різними дослідами, що ілюструють всі висновки без формул і підрахунків, "на пальцях".

Все нижче - спроба осмислення без претензій на академічну достовірність.

Напрямок силових ліній магнітного поля

Головний висновок який я для себе зробив: перше, на що варто завжди звертати увагу в подібних системах - це геометрія магнітного поля, Напрямок і конфігурація силових ліній.

Тільки геометрія силових ліній магнітного поля, їх напрямок і конфігурація можуть внести певну ясність у розуміння процесів, що відбуваються в уніполярному генераторі або уніполярному двигуні, диску Фарадея, а також будь-якому трансформаторі, котушці, електродвигуні, генераторі і т.п.

Я для себе розподілив ступінь важливості так - 10% фізики, 90% геометрії (Магнітного поля) для розуміння того, що відбувається в цих системах.

Більш докладно все описано в відео (див. Нижче).

Треба розуміти що диск Фарадея і зовнішня ланцюг зі легкими контактами так чи інакше утворюють добре відому зі шкільних часів рамку - її утворює ділянку диска від його центру до місця з'єднання зі змінним контактом у його краю, а також вся зовнішня ланцюг (Відповідні до контактів провідники).

Напрямок сили Лоренца, Ампера

Сила Ампера - окремий випадок сили Лоренца (див. Вікіпедію).

Нижче на двох картинках показано сила Лоренца діє на позитивні заряди у всій ланцюга ( "рамці") в поле магніту типу "бублик" для випадку коли зовнішня ланцюг жорстко з'єднана з мідним диском (Тобто коли ковзаючі контакти відсутні, і зовнішня ланцюг безпосередньо припаяна до диска).

1 рис. - для випадку коли вся ланцюг обертається зовнішніх механічних зусиллям ( "генератор").
2 рис. - для випадку, коли через ланцюг подається постійний струм від зовнішнього джерела ( "двигун").

Натисніть на один з малюнків, щоб збільшити.

Сила Лоренца проявляється (генерується струм) тільки в ділянках ланцюга, рухатися в магнітному полі

уніполярний генератор

Отже, оскільки сила Лоренца, що діє на заряджені частинки диска Фарадея або униполярного генератора, буде діяти протилежно на різних ділянках ланцюга і диска, то для отримання струму з цієї машини слід приводити в рух (обертати) тільки ті ділянки ланцюга (по можливості), напрямок сили Лоренца в яких буде збігатися. Решта ділянок повинні бути або нерухомі, або виключені з ланцюга, або обертатися в протилежну сторону .

Обертання магніту не змінює однорідність магнітного поля навколо осі обертання (див. Останній розділ), тому варто магніт або обертається - не грає ролі (хоча ідеальних магнітів не буває, і неоднорідність поля навколо осі намагніченості, викликана недостатнім якістю магніту, Теж робить деякий вплив на результат).

Тут важливу роль відіграє те, яка частина всього ланцюга (включаючи підвідні дроти і контакти) обертається, а яка нерухома (тому що тільки в рухомій частині виникає сила Лоренца). А головне - в якій частині магнітного поля знаходиться обертається частина, і з якої ділянки диска проводиться з'їм струму.

Наприклад, якщо диск буде виступати далеко за межі магніту, то в виступаючої за край магніту частини диска можна зняти ток напрямки протилежної току який можна зняти в частині диска розташованої безпосередньо над магнітом.

уніполярний двигун

Все вищесказане про генератор справедливо і для режиму "двигун".

Подавати ток треба по можливості в ті частини диска, в яких сила Лоренца буде направлена \u200b\u200bв одну сторону. Саме ці ділянки треба звільнити, надавши можливість їм вільно обертатися і "розірвати" ланцюг у відповідних місцях, поставивши ковзаючі контакти (див. Малюнки далі).

Решта ділянок треба по можливості або виключити, або мінімізувати їх вплив.

Відео - досліди і висновки

час різних етапів цього відео:

3 хв 34 сек - перші досліди

7 хв 08 сек - на що звертати головну увагу і продовження дослідів

16 хв 43 сек - ключове пояснення

22 хв 53 сек - ГОЛОВНИЙ ДОСВІД

28 хв 51 сек - 2 частина, цікаві спостереження і ще досліди

37 хв 17 сек - помилковий висновок одного з дослідів

41 хв 01 сек - про парадокс Фарадея

Що від чого відштовхується?

Ми з товаришем-електронщиком довго обговорювали цю тему і він висловив думку побудовану навколо слова " відштовхується".
Думка, з якою я згоден - якщо щось починає рух, то воно від чогось має відштовхуватися. Якщо щось рухається, то воно рухається відносно чогось.

Спрощено кажучи, можна сказати, що частина провідника (зовнішня ланцюг або диск) відштовхується від магніту! Відповідно на магніт (через поле) діють сили відштовхування. Інакше вся картина руйнується і втрачає логіку. Про обертання магніту - див. Нижче.

На малюнках (можна клікнути для збільшення) - варіанти для режиму "двигун".
Для режиму "генератор" працюють ті ж принципи.

Тут дія-протидія відбувається між двома головними "учасниками":

• магніт (магнітне поле)
• різні ділянки провідника (заряджені частинки провідника)

Відповідно, коли диск обертається, а магніт нерухомий, То дія-протидія відбувається між магнітом і частиною диска .

А коли магніт обертається разом з диском, то дія-протидія відбувається між магнітом і зовнішньою частиною ланцюга (Зафіксованими підводять провідниками). Справа в тому, що обертання магніту щодо зовнішнього ділянки ланцюга - це те ж саме, що обертання зовнішнього ділянки ланцюга щодо нерухомого магніту (але в протилежну сторону). В цьому випадку мідний диск в процесі "відштовхування" майже не бере.

Виходить так, що на відміну від заряджених частинок провідника (які можуть рухатися всередині нього), магнітне поле жорстко пов'язано з магнітом. В т.ч. уздовж окружності навколо осі намагніченості.
І ще один висновок: сила притягає два постійних магніту - не якась загадкова сила перпендикулярна силі Лоренца, а це сила Лоренца і є. Вся справа в "обертанні" електронів і тієї самої " геометрії". Але це вже інша історія ...

Обертання "голого" магніту

В кінці відео є забавний досвід, і висновок про те, чому частина електричного кола можна змусити обертатися, а змусити обертатися магніт "бублик" навколо осі намагніченості - не виходить (при нерухомій електричного кола постійного струму).

Провідник можна розірвати в місцях протилежного напрямку сили Лоренца, а магніт розірвати не можна

Справа в тому що магніт і весь провідник (зовнішня ланцюг і сам диск) утворюють пов'язану пару - дві взаємодіючі системи, Кожна з яких замкнута всередині себе . У випадку з провідником - замкнута електричний ланцюг, У випадку з магнітом - "замкнуті" силові лінії магнітного поля.

При цьому, в електричному ланцюзі провідник можна фізично розірвати, Не порушуючи самої ланцюга (поставивши диск і ковзаючі контакти), В тих місцях, де сила Лоренца "розгортається" в зворотному напрямку, "відпустивши" різні ділянки електричного кола рухатися (обертатися) кожен в свою, протилежну один одному сторону, а розірвати "ланцюг" силових ліній магнітного поля або магніту, так щоб різні ділянки магнітного поля "не заважали" один одному - мабуть неможливо (?). Ніяких подоб "змінних контактів" для магнітного поля або магніту здається ще не придумали.

Тому і виникає проблема з обертанням магніту - його магнітне поле являє собою цілісну систему, яка завжди замкнута в собі і нерозривна в тілі магніту. У ній протилежні сили на ділянках, де магнітне поле різноспрямовано, взаємно компенсуються, залишаючи магніт нерухомим.

При цьому, робота сили Лоренца, Ампера в нерухомо зафіксованому провіднику в поле магніту, йде мабуть не тільки на нагрів провідника, а й на спотворення силових ліній магнітного поля магніту.

ДО РЕЧІ! Цікаво було б провести досвід, в якому через нерухомий провідник, що знаходиться в полі магніту, пропустити величезний струм, І подивитися - як буде реагувати магніт. Нагріється чи магніт, розмагнітиться чи, або може бути він просто розламається на шматки (і тоді цікаво - в яких місцях?).

Все вищевикладене - спроба осмислення без претензій на академічну достовірність.

питання

Що залишилося не до кінця зрозумілим і вимагає перевірки:

1. Чи можна все-таки змусити обертатися магніт окремо від диска?

Якщо дати можливість і диску, і магніту, вільно обертатися незалежно один від одного, І подати струм на диск через ковзаючі контакти, то чи будуть і диск, і магніт обертатися? І якщо так, то в який бік буде обертатися магніт? Для експерименту потрібен великий неодимовий магніт - його у мене поки немає. З звичайним магнітом не вистачає сили магнітного поля.

2. Обертання різних частин диска в різні боки

Якщо зробити вільно обертаються незалежно один від одного і від нерухомого магніту - центральну частину диска (над "діркою бублика" магніту), середню частину диска, а так само частина диска виступає за край магніту, і подати струм через ковзаючі контакти (в т.ч. ковзаючі контакти між цими обертовими частинами диска ) - чи будуть центральна і крайня частина диска обертатися в одну сторону, а середня - в протилежну?

3. Сила Лоренца всередині магніту

Чи діє сила Лоренца на частинки всередині магніту, магнітне поле якого спотворюється зовнішніми силами?