Thiết bị quay từ tính. Điện trọng lực rất dễ dàng
Ngày nay, nam châm vĩnh cửu được tìm thấy ứng dụng hữu ích trong nhiều lĩnh vực của đời sống con người. Tuy nhiên, đôi khi chúng ta không nhận thấy sự hiện diện của chúng trong hầu hết các căn hộ trong các thiết bị điện khác nhau và trong thiết bị cơ khí, nếu bạn nhìn kỹ, bạn có thể tìm thấy. Máy cạo râu và loa, trình phát video và Đồng hồ treo tường, điện thoại di động và lò vi sóng, cửa tủ lạnh, cuối cùng - bạn có thể tìm thấy nam châm vĩnh cửu ở khắp mọi nơi.
Chúng được sử dụng trong công nghệ y tế và thiết bị đo lường, trong các công cụ khác nhau và trong ngành công nghiệp ô tô, trong động cơ điện một chiều, trong hệ thống âm thanh, trong các thiết bị điện gia dụng và ở nhiều nơi khác: kỹ thuật vô tuyến, chế tạo thiết bị, tự động hóa, điện từ, v.v. - không lĩnh vực nào trong số này có thể làm được nếu không sử dụng nam châm vĩnh cửu.
Các giải pháp cụ thể sử dụng nam châm vĩnh cửu có thể được liệt kê vô tận, tuy nhiên, chủ đề của bài viết này sẽ là Đánh giá ngắn một số ứng dụng của nam châm vĩnh cửu trong kỹ thuật điện và công nghiệp điện lực.
Kể từ thời của Oersted và Ampère, người ta đã biết rộng rãi rằng các vật dẫn mang dòng điện và nam châm điện tương tác với từ trường Nam châm vĩnh cửu. Hoạt động của nhiều động cơ và máy phát điện dựa trên nguyên tắc này. Bạn không cần phải tìm kiếm các ví dụ xa. Quạt trong bộ nguồn máy tính của bạn có rôto và stato.
Cánh quạt có các cánh là rôto có các nam châm vĩnh cửu xếp thành hình tròn, còn stato là lõi của nam châm điện. Bằng cách tái tạo từ tính cho stato, mạch điện tử tạo ra hiệu ứng làm quay từ trường stato, từ trường của stato, cố gắng bị hút vào nó, kéo theo rôto từ - quạt quay. Xoay vòng được thực hiện theo cách tương tự ổ cứng và hoạt động tương tự.
Trong máy phát điện, nam châm vĩnh cửu cũng đã được tìm thấy ứng dụng của chúng. Ví dụ, máy phát điện đồng bộ cho cối xay gió gia đình là một trong những lĩnh vực ứng dụng.
Các cuộn dây của máy phát điện nằm trên chu vi xung quanh stato của máy phát, trong quá trình vận hành của cối xay gió, được cắt ngang bởi từ trường chuyển động xoay chiều (dưới tác dụng của gió thổi trên các cánh quạt) nam châm vĩnh cửu gắn trên rôto. Tuân theo, các dây dẫn của cuộn dây máy phát điện được nam châm bắt chéo dòng điện trực tiếp vào mạch tiêu thụ.
Máy phát điện như vậy không chỉ được sử dụng trong cối xay gió, mà còn trong một số mô hình công nghiệp, nơi nam châm vĩnh cửu được lắp trên rôto thay vì cuộn dây kích thích. Ưu điểm của các giải pháp với nam châm là khả năng thu được máy phát điện với tốc độ danh định thấp.
Đĩa dẫn điện quay trong trường của nam châm vĩnh cửu. Dòng tiêu thụ, đi qua đĩa, tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu, và đĩa quay.
Dòng điện càng lớn thì tần số quay của đĩa càng cao, do mômen quay được tạo ra bởi lực Lorentz tác dụng lên các hạt mang điện chuyển động bên trong đĩa từ trường của nam châm vĩnh cửu. Trong thực tế, một bộ đếm như vậy là một công suất nhỏ với một nam châm trên stator.
Để đo dòng điện thấp, chúng được sử dụng - rất nhạy dụng cụ đo lường. Tại đây, nam châm hình móng ngựa tương tác với một cuộn dây mang dòng điện nhỏ được treo trong khe giữa các cực của nam châm vĩnh cửu.
Sự lệch của cuộn dây trong quá trình đo là do mômen tạo ra do cảm ứng từ xuất hiện khi dòng điện chạy qua cuộn dây. Do đó, độ lệch của cuộn dây hóa ra tỷ lệ với giá trị của cảm ứng từ sinh ra trong khe hở, và theo đó, với dòng điện trong cuộn dây. Đối với những sai lệch nhỏ, thang đo của điện kế là tuyến tính.
Bạn có thể có một lò vi sóng trong nhà bếp của bạn. Và nó có hai nam châm vĩnh cửu. Để tạo ra phạm vi vi sóng, nó được cài đặt trong lò vi sóng. Bên trong magnetron, các electron chuyển động trong chân không từ catốt đến anốt, và trong quá trình chuyển động, quỹ đạo của chúng phải cong để các bộ cộng hưởng trên anốt được kích thích đủ mạnh.
Để bẻ cong quỹ đạo của electron, các nam châm vĩnh cửu dạng vòng được lắp bên trên và bên dưới buồng chân không của magnetron. Từ trường của nam châm vĩnh cửu bẻ cong quỹ đạo của các electron để tạo ra một dòng xoáy mạnh của các electron, kích thích các bộ cộng hưởng, từ đó tạo ra sóng điện từ vi ba để làm nóng thức ăn.
Để đầu đĩa cứng được định vị chính xác, các chuyển động của nó trong quá trình ghi và đọc thông tin phải được điều khiển và kiểm soát rất chính xác. Một lần nữa, một nam châm vĩnh cửu đến để giải cứu. Bên trong đĩa cứng, trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu đứng yên, một cuộn dây có dòng điện chuyển động, nối với phần đầu.
Khi một dòng điện được đặt vào cuộn dây đầu, từ trường của dòng điện này, tùy thuộc vào giá trị của nó, đẩy cuộn dây khỏi nam châm vĩnh cửu mạnh hơn hoặc yếu hơn, theo hướng này hay hướng khác, do đó đầu bắt đầu chuyển động, và với độ chính xác cao. Chuyển động này được điều khiển bởi một vi điều khiển.
Để tăng hiệu quả tiêu thụ năng lượng, ở một số nước đang chế tạo các thiết bị lưu trữ năng lượng cơ học cho các xí nghiệp. Đây là những bộ chuyển đổi cơ điện hoạt động trên nguyên tắc tích trữ năng lượng quán tính dưới dạng động năng của một bánh đà quay, được gọi là.
Ví dụ, ở Đức, ATZ đã phát triển thiết bị lưu trữ động năng 20 MJ với công suất 250 kW, với năng lượng riêng xấp xỉ 100 Wh / kg. Với một bánh đà nặng 100 kg, quay với tốc độ 6000 vòng / phút, cần có kết cấu hình trụ đường kính 1,5 mét, ổ trục chất lượng cao. Kết quả là, vòng bi thấp hơn, tất nhiên, được chế tạo trên cơ sở nam châm vĩnh cửu.
Hôm nay là một thử nghiệm khác dành cho bạn, chúng tôi hy vọng sẽ khiến bạn phải suy nghĩ. Đây là động lực bay trong từ trường. Trong trường hợp này, một nam châm vòng nằm ở trên cùng, nhưng lớn hơn. Nam châm được bán rẻ hơn ở cửa hàng Trung Quốc này.
Đây là một levitron điển hình, đã được hiển thị trước đây (vật chất). Nam châm lớn và nhỏ. Chúng hướng về nhau bởi các cực cùng tên, chúng đẩy nhau, do đó, hiện tượng bay lên xảy ra. Tất nhiên, có một khoang từ tính, hoặc giếng tiềm năng, trong đó nam châm phía trên nằm. Một điểm nữa là nó quay do mômen con quay, nó không quay trong một thời gian cho đến khi tốc độ của nó giảm.
Mục đích của thí nghiệm là gì?
Nếu chúng ta xoay phần trên chỉ để giữ cho nó không bị lật, một câu hỏi sẽ đặt ra. Để làm gì? Nếu bạn có thể lấy một loại kim đan nào đó, chẳng hạn như kim bằng gỗ. Gắn chặt nam châm phía trên vào nó và treo bộ nạp từ bên dưới và đặt cấu trúc này phía trên cấu trúc thứ hai. Vì vậy, về lý thuyết, nó cũng nên treo, và trọng lượng thấp hơn sẽ không cho phép nó lăn.
Cần phải thiết lập cân bằng khối lượng của con quay này thật chính xác. Nó sẽ tạo ra từ trường bay mà không tốn năng lượng.
Làm thế nào nó hoạt động?
Đây là một nam châm vòng, một cây kim gỗ được cắm vào nó một cách cứng nhắc. Tiếp theo là tấm nhựa có lỗ để ổn định nan hoa. Và cuối cùng - một trọng lượng. Một miếng nhựa dẻo để điều chỉnh thuận tiện hơn trong việc lựa chọn khối lượng. Bạn có thể cắn một chút và nhặt một khối lượng lớn như vậy của toàn bộ cấu trúc này để nam châm vòng nhỏ rơi rõ ràng vào vùng bay.
Hãy cẩn thận đặt nó vào bên trong nam châm phía dưới, nó giống như bị treo. Với một miếng plexiglass, bạn có thể cố gắng ổn định vị trí của nó. Nhưng vì một số lý do, điều này không mang lại cho anh ta sự ổn định theo chiều ngang.
Nếu bạn tháo đĩa và đưa mọi thứ trở lại, thì nam châm, cùng với trục mà nó nằm trên đó, sẽ rơi sang một bên. Khi nó quay, vì một lý do nào đó nó ổn định trong hố từ. Mặc dù, hãy chú ý, trong quá trình quay này, nó di chuyển từ bên này sang bên kia, có thể là năm milimét. Theo phương tương tự, nó dao động điều hòa theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới. Có vẻ như chiếc giếng từ này đang có những phản ứng dữ dội nhất định. Ngay sau khi nam châm phía trên rơi xuống hố, nó sẽ bắt và giữ nó lại. Nó chỉ còn là một mômen quay hồi chuyển để đảm bảo rằng nam châm này không bị lật.
Mục đích của thí nghiệm là gì?
Kiểm tra, nếu chúng ta tạo kết cấu được hiển thị với trục, nó thực sự làm điều tương tự, ngăn nam châm lật. Nó đưa nó đến vùng của lỗ tiềm năng, chúng tôi chọn trọng lượng của cấu trúc này. Nam châm nằm trong một cái lỗ, nhưng vì một lý do nào đó mà đi vào bên trong nó, nó không ổn định theo chiều ngang. Tuy nhiên, cấu trúc này đang rơi sang một bên.
Sau thử nghiệm này, có câu hỏi chính: tại sao lại bất công như vậy, khi nam châm này quay như cái đỉnh, nó lại treo trong giếng tiềm năng, mọi thứ đều được ổn định và bắt giữ một cách hoàn hảo; và khi các điều kiện giống nhau được tạo ra, mọi thứ đều giống nhau, tức là khối lượng và chiều cao, cái hố dường như biến mất. Nó chỉ bật ra.
Tại sao không có sự ổn định của nam châm trên?
Có lẽ điều này là do không thể làm cho nam châm trở nên hoàn hảo. Cả về hình dạng và độ từ hóa. Trường có một số sai sót, biến dạng, và do đó hai nam châm của chúng ta không thể tìm thấy trạng thái cân bằng trong đó. Chúng chắc chắn sẽ trượt ra, bởi vì không có ma sát giữa chúng. Và khi Levitron quay, các trường dường như được làm mịn, phần trên của cấu trúc không có thời gian để sang một bên trong quá trình quay.
Điều này có thể hiểu được, nhưng điều thúc đẩy tác giả của video thực hiện thí nghiệm này là sự hiện diện của một cái giếng tiềm năng. Người ta hy vọng rằng hố này có một số biên độ an toàn để giữ cấu trúc. Nhưng, than ôi, vì một số lý do mà điều này đã không xảy ra. Tôi muốn đọc ý kiến của bạn về câu đố này.
Có nhiều tài liệu hơn về chủ đề này.
Nghiên cứu đĩa Faraday và cái gọi là. "Nghịch lý Faraday", đã trải qua một số thí nghiệm đơn giản và thực hiện một số phát hiện thú vị. Trước hết, về những gì cần được chú ý nhất để hiểu rõ hơn về các quá trình xảy ra trong máy đơn cực (và tương tự) này.
Hiểu nguyên lý hoạt động của đĩa Faraday cũng giúp hiểu được cách thức hoạt động của tất cả các máy biến áp, cuộn dây, máy phát điện, động cơ điện (bao gồm máy phát điện đơn cực và động cơ đơn cực), v.v., nói chung.
Trong ghi chú, các hình vẽ và video chi tiết với các kinh nghiệm khác nhau minh họa tất cả các kết luận không có công thức và tính toán, "trên đầu ngón tay."
Tất cả những điều sau đây là một nỗ lực để hiểu rõ mà không có sự giả mạo về độ tin cậy trong học thuật.
Hướng của đường sức từ
Kết luận chính mà tôi đã đưa ra cho bản thân: điều đầu tiên bạn phải luôn chú ý đến trong các hệ thống như vậy là hình học từ trường, hướng và cấu hình đường lực.
Chỉ có dạng hình học của đường sức từ, hướng và cấu hình của chúng mới có thể mang lại sự hiểu biết rõ ràng về các quá trình xảy ra trong máy phát điện đơn cực hoặc động cơ đơn cực, đĩa Faraday, cũng như bất kỳ máy biến áp, cuộn dây, động cơ điện, máy phát điện nào, v.v.
Đối với bản thân tôi, tôi phân bổ mức độ quan trọng như sau: 10% vật lý, 90% hình học(từ trường) để hiểu những gì đang xảy ra trong các hệ thống này.
Mọi thứ được mô tả chi tiết hơn trong video (xem bên dưới).
Cần phải hiểu rằng đĩa Faraday và mạch bên ngoài với các tiếp điểm trượt bằng cách nào đó đã tạo nên một thứ nổi tiếng từ thời đi học. khung- nó được hình thành bởi một phần của đĩa từ tâm của nó đến đường giao nhau với một tiếp điểm trượt ở cạnh của nó, cũng như toàn bộ mạch bên ngoài(dây dẫn phù hợp).
Hướng của lực Lorentz, Ampère
Lực Ampère là một trường hợp đặc biệt của lực Lorentz (xem Wikipedia).
Hai hình dưới đây cho thấy lực Lorentz tác dụng lên các điện tích dương trong toàn mạch ("khung") trong trường của nam châm kiểu bánh rán đối với trường hợp khi mạch bên ngoài được kết nối chặt chẽ với đĩa đồng(nghĩa là khi không có tiếp điểm trượt và mạch bên ngoài được hàn trực tiếp vào đĩa).
1 gạo. - đối với trường hợp toàn bộ mạch được quay bởi lực cơ học bên ngoài ("máy phát điện").
2 cơm. - đối với trường hợp khi dòng điện một chiều được cung cấp qua mạch từ nguồn bên ngoài ("động cơ").
Bấm vào một trong những hình ảnh để phóng to.
Lực Lorentz được biểu hiện (dòng điện được tạo ra) chỉ trong các phần của mạch CHUYỂN ĐỘNG trong từ trường
Máy phát điện đơn cực
Vì vậy, vì lực Lorentz tác động lên các hạt mang điện của đĩa Faraday hoặc máy phát điện đơn cực sẽ tác động ngược chiều lên các phần khác nhau của mạch và đĩa, nên để có được dòng điện từ máy này, chỉ những phần đó của mạch (nếu có thể) nên được đặt trong chuyển động (quay), hướng lực Lorentz trong đó sẽ trùng với nhau. Các phần còn lại phải được cố định hoặc loại trừ khỏi mạch, hoặc xoay sang phía đối diện .
Chuyển động quay của nam châm không làm thay đổi tính đồng nhất của từ trường xung quanh trục quay (xem phần cuối), do đó, nam châm đứng hay quay không quan trọng (mặc dù không có nam châm lý tưởng, và lĩnh vực không đồng nhất vòng quanh trục từ hóa do không đủ chất lượng nam châm, cũng có một số ảnh hưởng đến kết quả).
Ở đây, một phần quan trọng được đóng bởi phần nào của toàn bộ mạch (bao gồm cả dây dẫn và tiếp điểm) quay và phần nào đứng yên (vì lực Lorentz chỉ xuất hiện ở phần chuyển động). Và quan trọng nhất - ở phần nào của từ trường phần quay nằm ở đâu, và dòng điện được lấy từ phần nào của đĩa.
Ví dụ, nếu đĩa nhô ra xa nam châm, thì ở phần đĩa nhô ra ngoài mép của nam châm, dòng điện có chiều ngược với dòng điện có thể bị loại bỏ, dòng điện này có thể lấy ra trong phần đĩa. nằm ngay phía trên nam châm.
Động cơ đơn cực
Tất cả những điều trên về máy phát điện cũng đúng đối với chế độ "động cơ".
Cần phải đặt dòng điện, nếu có thể, vào những phần của đĩa trong đó lực Lorentz sẽ hướng theo một hướng. Chính những phần này phải được giải phóng, cho phép chúng quay tự do và "ngắt" mạch ở những nơi thích hợp bằng cách đặt các tiếp điểm trượt (xem các hình bên dưới).
Các khu vực còn lại, nếu có thể, nên được loại trừ hoặc giảm thiểu.
Video - thí nghiệm và kết luận
Thời gian Các giai đoạn khác nhau Video này:
3 phút 34 giây- trải nghiệm đầu tiên
7 phút 08 giây- những điều cần chú ý chính và sự tiếp tục của các thí nghiệm
16 phút 43 giây- giải thích chính
22 phút 53 giây- KINH NGHIỆM CHÍNH
28 phút 51 giây- Phần 2, những quan sát thú vị và nhiều thí nghiệm hơn
37 phút 17 giây- kết luận sai lầm của một trong các thí nghiệm
41 phút 01 giây- về nghịch lý Faraday
Cái gì đẩy lùi cái gì?
Một kỹ sư điện tử đồng nghiệp và tôi đã thảo luận về chủ đề này trong một thời gian dài và anh ấy đã bày tỏ một ý tưởng được xây dựng xung quanh từ " đẩy lùi".
Ý tưởng mà tôi đồng ý là nếu một cái gì đó bắt đầu chuyển động, thì nó phải được đẩy lùi khỏi cái gì đó. Nếu một cái gì đó đang chuyển động, thì nó đang chuyển động so với một cái gì đó.
Nói một cách đơn giản, chúng ta có thể nói rằng một phần của dây dẫn (mạch ngoài hoặc đĩa) bị đẩy bởi nam châm! Theo đó, lực đẩy tác dụng lên nam châm (thông qua trường). Nếu không, toàn bộ bức tranh sụp đổ và mất logic. Về chuyển động quay của nam châm - xem phần bên dưới.
Trong hình (bạn có thể nhấp để phóng to) - các tùy chọn cho chế độ "động cơ".
Đối với chế độ "máy phát điện", các nguyên tắc hoạt động tương tự.
Ở đây, hành động-phản ứng xảy ra giữa hai "người tham gia" chính:
Theo đó, khi đĩa quay, và nam châm đứng yên, sau đó phản ứng hành động xảy ra giữa nam châm và một phần của đĩa .
Và khi nam châm quay cùng với đĩa, sau đó phản ứng hành động xảy ra giữa nam châm và phần bên ngoài của chuỗi (dây dẫn cố định). Thực tế là chuyển động quay của nam châm so với phần bên ngoài của mạch cũng giống như chuyển động quay của phần bên ngoài của mạch so với nam châm cố định (nhưng theo chiều ngược lại). Trong trường hợp này, đĩa đồng gần như không tham gia vào quá trình "đẩy".
Nó chỉ ra rằng, không giống như các hạt mang điện của một vật dẫn (có thể di chuyển bên trong nó), từ trường liên kết chặt chẽ với nam châm. Bao gồm dọc theo một đường tròn quanh trục từ hóa.
Và một kết luận nữa: lực hút hai nam châm vĩnh cửu không phải là một lực bí ẩn nào đó vuông góc với lực Lorentz, mà đây chính là lực Lorentz. Đó là tất cả về "sự quay" của các electron và chính " hình học". Nhưng nó là một câu chuyện khác...
Sự quay của một nam châm trần
Có một trải nghiệm hài hước ở cuối video và kết luận tại sao phần mạch điện có thể quay, nhưng không thể làm cho nam châm "bánh rán" quay quanh trục từ hoá (với mạch điện một chiều đứng yên).
Dây dẫn có thể bị đứt ở những nơi có hướng ngược lại của lực Lorentz, nhưng nam châm không thể bị phá vỡ.
Thực tế là nam châm và toàn bộ dây dẫn (mạch bên ngoài và bản thân đĩa) tạo thành một cặp kết nối - hai hệ thống tương tác, mỗi trong số đó đóng cửa bên trong chính bạn . Trong trường hợp của một dây dẫn - đóng mạch điện, trong trường hợp nam châm - các đường lực "đóng" từ trường.
Đồng thời, trong một mạch điện, vật dẫn có thể phá vỡ, mà không làm đứt mạch chính nó (bằng cách đặt đĩa và trượt liên hệ), ở những nơi mà lực Lorentz "mở ra" theo hướng ngược lại, "giải phóng" các phần khác nhau của mạch điện để chuyển động (quay) mỗi phần theo hướng ngược lại của nó với nhau, và phá vỡ "chuỗi" của từ trường. hoặc các đường sức nam châm, để các phần khác nhau của từ trường "không giao thoa" với nhau - dường như là không thể (?). Không có điểm tương đồng nào của "tiếp điểm trượt" đối với từ trường hoặc nam châm dường như đã được phát minh.
Do đó, có một vấn đề với chuyển động quay của nam châm - từ trường của nó là một hệ thống tích phân, nó luôn đóng trong chính nó và không thể tách rời trong thân nam châm. Trong đó, các lực trái dấu trong các khu vực có từ trường theo các hướng khác nhau được bù trừ lẫn nhau, làm cho nam châm bất động.
Trong đó, Công việc Lực Lorentz, Ampe trong một dây dẫn cố định trong trường của nam châm, rõ ràng không chỉ làm nóng dây dẫn mà còn để sự biến dạng của đường sức từ nam châm.
NHÂN TIỆN! Sẽ rất thú vị nếu tiến hành một thí nghiệm trong đó, thông qua một dây dẫn cố định đặt trong trường của nam châm, đi qua dòng điện lớn, và xem nam châm sẽ phản ứng như thế nào. Nam châm sẽ nóng lên, khử từ hay có thể sẽ vỡ thành nhiều mảnh (và điều đó thật thú vị - ở những nơi nào?).
Tất cả những điều trên là một nỗ lực để hiểu rõ mà không có sự giả mạo về độ tin cậy trong học thuật.
Câu hỏi
Những gì vẫn chưa hoàn toàn rõ ràng và cần được kiểm tra:
1. Vẫn có thể làm cho nam châm quay riêng với đĩa được không?
Nếu bạn tạo cơ hội cho cả đĩa và nam châm, hãy tự do xoay độc lập và đặt dòng điện vào đĩa qua các tiếp điểm trượt, liệu đĩa và nam châm có quay không? Và nếu có thì nam châm sẽ quay theo hướng nào? Đối với thử nghiệm, bạn cần một Nam châm neodymium- Tôi chưa có. Với một nam châm thông thường, không có đủ cường độ của từ trường.
2. Xoay các phần khác nhau của đĩa theo các hướng khác nhau
Nếu làm tự do luân phiên độc lập với nhau và từ một nam châm đứng yên - phần trung tâm của đĩa (phía trên "lỗ bánh rán" của nam châm), phần giữa của đĩa, cũng như phần của đĩa nhô ra ngoài mép của nam châm, và tạo ra dòng điện thông qua các tiếp điểm trượt (bao gồm cả các tiếp điểm trượt giữa các phần quay này của đĩa) - phần trung tâm và phần cực của đĩa sẽ quay theo một hướng, và phần giữa - theo hướng ngược lại?
3. Lực Lorentz bên trong nam châm
Lực Lorentz có tác dụng lên các hạt bên trong nam châm có từ trường bị ngoại lực làm biến dạng không?
Vấn đề phát minh ra máy chuyển động vĩnh viễn bắt đầu khiến các nhà thiết kế và thợ máy lo lắng trong một thời gian dài. Sự hiện diện của một thiết bị như vậy trên quy mô lớn có thể thay đổi đáng kể cuộc sống trong tất cả các biểu hiện của nó và thúc đẩy sự phát triển của hầu hết các lĩnh vực khoa học và công nghiệp.
Từ lịch sử phát minh ra động cơ từ
Lịch sử của sự xuất hiện đầu tiên của động cơ từ tính bắt đầu vào năm 1969. Chính vào năm này, quả bóng đã được phát minh và chế tạo nguyên mẫu đầu tiên của cơ chế này, bao gồm một vỏ gỗ và một số nam châm.
Sức mạnh của những nam châm này quá yếu nên năng lượng của nó chỉ đủ để làm quay cánh quạt. Động cơ từ tính này được tạo ra bởi nhà thiết kế Michael Brady bằng chính đôi tay của mình. Nhà phát minh đã dành phần lớn cuộc đời của mình cho việc thiết kế động cơ. Và vào những năm 90 của thế kỷ trước, anh đã tạo ra một mẫu xe hoàn toàn mới, mà anh đã nhận được bằng sáng chế.
Những bước đầu tiên
Lấy động cơ từ trường làm cơ sở, bằng chính bàn tay của mình và với sự tham gia của một trợ lý, Brady đã thiết kế một máy phát điện có công suất nhỏ 6 kW. Nguồn điện là một động cơ điện, hoạt động độc quyền trên nam châm vĩnh cửu.
Nhưng mô hình này có nhược điểm của nó - tốc độ và công suất động cơ luôn không đổi.
Khó khăn mới nổi này đã thúc đẩy các nhà khoa học tạo ra một mô hình của một thiết bị trong đó có thể thay đổi lực của mô-men xoắn và tốc độ quay của rôto. Để làm được điều này, cùng với nam châm vĩnh cửu, cần phải thêm các cuộn dây từ tính vào thiết kế để tăng cường từ trường.
Vì vậy, liệu có thể bây giờ, khi khoa học đã tiến xa, và xung quanh chúng ta là một số lượng lớn những thứ độc đáo trong tự nhiên, để thiết kế một động cơ nam châm vĩnh cửu bằng chính tay của chúng ta? Một động cơ như vậy có thể được chế tạo, nhưng hiệu quả của nó sẽ khá thấp và bản thân sáng chế sẽ giống một mô hình trình diễn hơn là một đơn vị nghiêm túc.
Những gì sẽ cần thiết?
Để tạo ra một nguyên mẫu đơn giản của động cơ từ, bạn sẽ cần nam châm neodymium, một vành nhựa hoặc chất điện môi khác, một trục có lực cản quay ít nhất, một số dụng cụ và những thứ nhỏ bé khác luôn có thể ở trong tầm tay.
quá trình lắp ráp
Bạn nên bắt đầu lắp ráp động cơ từ bằng chính tay mình bằng cách cố định chắc chắn nam châm neodymium xung quanh toàn bộ chu vi của vành xe hiện có. Nam châm phải phẳng và có diện tích tối đa. Bạn có thể cố định các nam châm bằng keo, chúng nên được đặt càng gần nhau càng tốt để tạo ra một từ trường đơn liên tục. Hơn nữa, tất cả các nam châm phải được quay ra ngoài với cùng một cực.
Một vành có nam châm được cố định chắc chắn trên đó phải được cố định trên một mặt phẳng nằm ngang, ví dụ, trên một tấm ván ép hoặc một tấm ván. Ở trung tâm của thiết kế này, bạn cần đặt một trục quay, cao hơn một chút so với chiều cao của vành.
Một dải hoặc ống bằng vật liệu không dẫn điện nên kéo dài từ đầu trục, dài hơn một chút so với bán kính của vành, trên đó nam châm cũng sẽ được cố định song song với vòng từ. Hơn nữa, nam châm này phải được đặt cùng cực với các nam châm khác như những nam châm được cố định trên vành.
Như vậy, bằng cách cho một gia tốc nhẹ lên nam châm nằm trên trục, người ta có thể quan sát được chuyển động quay của nó quanh trục. Trong trường hợp này, chuyển động quay sẽ không đổi nếu một từ trường liên tục được hình thành xung quanh vành. Sự quay như vậy đạt được do sự tương tác của các từ trường cùng dấu, cụ thể là lực đẩy của chúng. Từ trường tạo ra xung quanh vành càng mạnh và cố gắng đẩy nam châm đơn ra khỏi giới hạn của nó, làm cho nó quay.
Ngay cả khi bạn sử dụng nhiều hơn nam châm mạnh, khi đó tiềm năng của thiết bị này sẽ rất nhỏ và không thể mang bất kỳ chức năng thiết thực nào. Nếu bạn cố gắng tái tạo nó trên quy mô lớn, thì từ trường được tạo ra sẽ rất mạnh đến mức rất nguy hiểm cho một người ở trong vùng tác động của nó. Ngoài ra, sức mạnh của nam châm khổng lồ có thể đủ để gây ra các vấn đề không thể hòa tan trong quá trình vận chuyển liên quan đến lực hút của thiết bị, đường ray và các vật thể kim loại khác.
Tiến tới tương lai với chuyển động vĩnh viễn
Khả năng phát minh ra một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn đã bị nhiều nhà vật lý, nhà thiết kế và các nhà khoa học khác bác bỏ trong nhiều thập kỷ. Sự bất khả thi của việc tạo ra nó đã được chứng minh về mặt lý thuyết và kích thích sự xuất hiện của nhiều định luật và định đề khác nhau.
Hy vọng vẫn luôn tồn tại, bởi vì trên thế giới có rất nhiều hiện tượng không thể giải thích được, bí mật của chúng có thể đóng vai trò như một động lực mới trong sự phát triển của khoa học. Rốt cuộc, có cơ hội thiết kế một cỗ máy chuyển động vĩnh viễn và sử dụng nó một cách hợp lý, bạn có thể quên một lần và mãi mãi về Với số lượng lớn các vấn đề nhấn chìm các nền văn minh trên quy mô toàn cầu.
Người ta có thể quên một lần và mãi mãi về vấn đề khai thác các nguồn nhiên liệu và kết quả là, về vấn đề môi trường phát sinh từ việc sử dụng chúng. Việc tạo ra động cơ từ trường vĩnh cửu sẽ tiết kiệm rừng, tài nguyên nước và không bao giờ quay trở lại các vấn đề liên quan đến bất ổn năng lượng. Tên của những người phát minh ra kiệt tác này có thể lên đến đỉnh cao của danh tiếng và sự tôn kính và được ghi vào lịch sử trong nhiều thế kỷ. Sau tất cả, những người này sẽ xứng đáng với sự giàu có, giải thưởng và danh hiệu cao nhất cho những thành tựu mà họ đạt được.
Như đã trình bày trước đó, một trong những ưu điểm quan trọng nhất của hệ thống nhiều pha là tạo ra từ trường quay bằng cách sử dụng các cuộn dây cố định, đây là cơ sở cho hoạt động của động cơ xoay chiều. Việc xem xét vấn đề này sẽ bắt đầu bằng việc phân tích từ trường của cuộn dây có dòng điện hình sin.
Từ trường của cuộn dây có dòng điện hình sin
Khi cho dòng điện hình sin chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra từ trường, vectơ cảm ứng của nó thay đổi (xung) dọc theo cuộn dây này cũng theo định luật hình sin. Định hướng tức thời của vectơ cảm ứng từ trong không gian phụ thuộc vào dây quấn của cuộn dây và chiều tức thời của dòng điện trong nó và được xác định theo quy tắc gimlet bên phải. Vì vậy, đối với trường hợp được hiển thị trong Hình. 1, vectơ cảm ứng từ hướng lên dọc theo trục cuộn dây. Sau nửa chu kỳ, khi với cùng môđun dòng điện đổi chiều ngược dấu thì vectơ cảm ứng từ có cùng giá trị tuyệt đối sẽ đổi hướng trong không gian bằng 1800. Theo quan điểm trên, từ trường của một cuộn dây với dòng điện hình sin được gọi là rung động.
Từ trường quay tròn của cuộn dây hai và ba pha
Từ trường quay tròn là từ trường mà vectơ cảm ứng từ không thay đổi về giá trị tuyệt đối, quay trong không gian với tần số góc không đổi.
Để tạo trường quay tròn, cần đáp ứng hai điều kiện:
Các trục của cuộn dây phải được dịch chuyển trong không gian so với nhau một góc nhất định (đối với hệ thống hai pha - bằng 90 0, đối với hệ thống ba pha - bằng 120 0).
Các dòng điện cung cấp cho các cuộn dây phải được dịch chuyển cùng pha theo sự dịch chuyển không gian của các cuộn dây.
Chúng ta hãy xem xét thu được một từ trường quay tròn trong trường hợp của một hệ thống Tesla hai pha (Hình 2a).
Khi cho dòng điện điều hòa qua các cuộn dây, mỗi cuộn dây trong số chúng, theo quy định trên, sẽ tạo ra từ trường dao động. Các vectơ và đặc trưng của các trường này hướng dọc theo trục của các cuộn dây tương ứng, và biên độ của chúng cũng thay đổi theo quy luật điều hòa. Nếu dòng điện trong cuộn B trễ hơn dòng điện trong cuộn A một góc 90 0 (xem Hình 2, b) thì.
Hãy để chúng tôi tìm hình chiếu của vectơ kết quả của cảm ứng từ trên các trục x và y của hệ tọa độ Descartes liên quan đến trục của các cuộn dây:
Môđun của vectơ kết quả của cảm ứng từ phù hợp với hình. 2, bằng
Các quan hệ thu được (1) và (2) cho thấy vectơ của từ trường tạo thành không đổi về giá trị tuyệt đối và quay trong không gian với tần số góc không đổi, mô tả một hình tròn, tương ứng với một trường quay tròn.
Chúng ta hãy chứng minh rằng một hệ thống cuộn dây ba pha đối xứng (xem Hình 3a) cũng có thể tạo ra từ trường quay tròn.
Mỗi cuộn dây A, B, C khi cho dòng điện điều hòa chạy qua chúng sẽ tạo ra từ trường dao động. Biểu đồ vectơ trong không gian cho các trường này được hiển thị trong hình. 3b. Đối với hình chiếu của vectơ cảm ứng từ trên
trục của hệ tọa độ Descartes, trục y thẳng hàng với trục từ của pha A, có thể được viết
Các quan hệ trên có tính đến sự sắp xếp không gian của các cuộn dây, nhưng chúng cũng được cung cấp bởi hệ thống dòng điện ba pha với độ lệch pha tạm thời là 1200. Do đó, đối với các giá trị tức thời của cảm ứng cuộn dây, các quan hệ
;
;.
Thay các biểu thức này thành (3) và (4), chúng ta nhận được:
|
|
Phù hợp với (5) và (6) và hình. 2, c đối với môđun của vectơ cảm ứng từ của trường tạo thành của ba cuộn dây có dòng điện, ta có thể viết:
,
và chính vectơ tạo một góc a với trục x, mà
,
Như vậy, trong trường hợp này còn có một vectơ cảm ứng từ có giá trị tuyệt đối không đổi và quay trong không gian với tần số góc không đổi thì vectơ này tương ứng với một trường tròn.
Từ trường trong ô tô điện
Để khuếch đại và tập trung từ trường trong máy điện, người ta tạo ra một mạch từ cho nó. Máy điện bao gồm hai bộ phận chính (xem Hình 4): một stato cố định và một rôto quay, được chế tạo tương ứng dưới dạng hình trụ rỗng và hình trụ đặc.
Ba cuộn dây giống hệt nhau nằm trên stato, các trục từ của chúng được dịch chuyển dọc theo đường dẫn của mạch từ bằng 2/3 độ phân chia cực, giá trị của nó được xác định bằng biểu thức
,
trong đó là bán kính của lỗ khoan của mạch từ, và p là số cặp cực (số lượng nam châm vĩnh cửu quay tương đương tạo ra từ trường, trong trường hợp được chỉ ra trong Hình 4, p = 1).
Trên hình. 4 vạch liền (A, B và C) đánh dấu các chiều dương của từ trường dao động dọc theo trục của các cuộn dây A, B và C.
Giả sử độ từ thẩm của thép lớn vô hạn, ta vẽ đường cong phân bố của cảm ứng từ trong khe hở không khí của máy điện tạo bởi dây quấn pha A trong một thời điểm t nhất định (Hình 5). Khi xây dựng, chúng tôi lưu ý rằng đường cong thay đổi đột ngột tại các vị trí của các cạnh cuộn dây, và ở những phần không có dòng điện, có những phần nằm ngang.
Z 
Chúng ta hãy thay đường cong này bằng một hình sin (cần chỉ ra rằng đối với máy điện thực, do thiết kế thích hợp của các cuộn dây pha đối với trường kết quả, việc thay thế như vậy có liên quan đến sai số rất nhỏ). Lấy biên độ của hình sin này trong thời gian đã chọn t bằng VA, ta viết
|
|
;|
|
.Quan hệ tính tổng (10)… (12), có tính đến thực tế là tổng các số hạng cuối cùng trong phần bên phải của chúng giống hệt nhau bằng 0, chúng tôi thu được biểu thức cho trường kết quả dọc theo khe hở không khí của máy
là phương trình sóng truyền.
Cảm ứng từ không đổi nếu 
. Do đó, nếu chúng ta chọn một điểm nhất định trong khe hở không khí và di chuyển nó dọc theo lõi từ tính với tốc độ
,
thì cảm ứng từ đối với chất điểm này sẽ không đổi. Điều này có nghĩa là theo thời gian, đường cong phân bố cảm ứng từ, không thay đổi hình dạng của nó, di chuyển dọc theo chu vi stato. Do đó, từ trường tạo thành quay với tốc độ không đổi. Tốc độ này thường được xác định bằng số vòng quay trên phút:
.
Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ và đồng bộ
Thiết bị động cơ cảm ứng tương ứng với hình ảnh trong hình. 4. Từ trường quay do cuộn dây mang dòng điện đặt trên stato tạo ra tương tác với dòng điện của rôto làm cho nó quay. Động cơ cảm ứng lồng sóc hiện đang được sử dụng rộng rãi nhất do tính đơn giản và độ tin cậy của nó. Các thanh đồng hoặc nhôm mang dòng điện được đặt trong các rãnh của rôto của máy điện như vậy. Các đầu của tất cả các thanh từ hai đầu của rôto được nối với nhau bằng các vòng đồng hoặc nhôm, làm ngắn mạch các thanh. Do đó tên của rôto.
Trong cuộn dây ngắn mạch của rôto, dưới tác dụng của EMF do trường quay của stato gây ra, dòng điện xoáy sinh ra. Tương tác với trường, chúng liên quan đến rôto quay với tốc độ về cơ bản thấp hơn tốc độ quay trường 0. Do đó tên của động cơ - không đồng bộ.
Giá trị
gọi là trượt tương đối. Đối với động cơ hoạt động bình thường S = 0,02… 0,07. Sự bất bình đẳng về vận tốc của từ trường và rôto trở nên rõ ràng nếu chúng ta tính đến rằng tại thời điểm đó, từ trường quay sẽ không vượt qua các thanh mang dòng điện của rôto và do đó, các dòng điện liên quan đến việc tạo ra mômen. sẽ không được gây ra trong chúng.
Sự khác biệt cơ bản giữa động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ là thiết kế của rôto. Loại thứ hai trong động cơ đồng bộ là một nam châm được chế tạo (ở công suất tương đối thấp) trên cơ sở nam châm vĩnh cửu hoặc trên cơ sở nam châm điện. Vì các cực đối diện của nam châm bị hút nên từ trường quay của stato, có thể hiểu là nam châm quay, kéo rôto từ cùng với nó, và tốc độ của chúng bằng nhau. Điều này giải thích tên của động cơ - đồng bộ.
Kết luận, chúng ta lưu ý rằng, không giống như động cơ không đồng bộ, thường không vượt quá 0,8 ... 0,85, động cơ đồng bộ có thể đạt được giá trị lớn hơn và thậm chí làm cho dòng điện dẫn điện áp cùng pha. Trong trường hợp này, giống như tủ tụ bù, máy điện đồng bộ được sử dụng để cải thiện hệ số công suất.
Văn chương
Khái niệm cơ bản lý thuyết mạch: Proc. cho các trường đại học /G.V.Zeveke, P.A.Ionkin, A.V.Netushil, S.V.Strakhov. –5th ed., Sửa đổi. -M: Energoatomizdat, 1989. -528 giây.
Bessonov L.A. Cơ sở lý thuyết kỹ thuật điện: Mạch điện. Proc. dành cho sinh viên các chuyên ngành điện, năng lượng và chế tạo dụng cụ của các trường đại học. –7th ed., Sửa đổi. và bổ sung –M: Cao hơn. trường học, 1978. -528s.
Lý thuyết các nguyên tắc cơ bản của kỹ thuật điện. Proc. cho các trường đại học. Tổng cộng 3 tấn. ed. K.M. Polivanova. T.1. K.M. Polivanov. Mạch điện tuyến tính với hằng số gộp. -M: Năng lượng - 1972. -240s.
câu hỏi kiểm tra
Trường nào được gọi là dao động?
Trường nào được gọi là trường tròn xoay?
Điều kiện cần thiết để tạo ra từ trường quay tròn là gì?
Nêu nguyên lý hoạt động của động cơ cảm ứng lồng sóc?
Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ là gì?
Động cơ điện xoay chiều kiểu dáng công nghiệp phổ thông được sản xuất ở tốc độ đồng bộ nào ở nước ta?
