Секреты униполярной индукции
Всем привет! Сегодня попробуем поразмышлять на тему генераторов, основанных на принципе униполярной индукции. Конечно мы будем исследовать работы именно Теслы, причём всегда будем держать в голове потаённый вопрос: "Как Тесла сделал свой самоподдерживающийся генератор электроэнергии, - по сути, вечный двигатель?" (меня, например, этот вопрос не оставляет вообще никогда). Для начала закройте этот документ и откройте и ознакомьтесь с другим, - в котором дан перевод патента US 406968, - т.е. конструкция униполярной машины Тесла. Затем возвращайтесь сюда.
Никола Тесла.
В патенте, действительно, не объяснено, как сделать генератор самоподдерживающимся. Тесла попытался восполнить этот информационный вакуум через публикацию своей статьи "ПРИМЕЧАНИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО УНИПОЛЯРНОГО ДИНАМО" в газете "Инженер - электрик", Нью-Йорк, 2 сентября 1891. Точный перевод этой статьи я привожу ниже. Огромное спасибо Sib'у, который любезно подготовил перевод заметок Теслы. Итак:
* * *
Что характерно для фундаментальных открытий, для больших достижений интеллекта, так это то, - что они сохраняют большую власть над воображением мыслителя. Я имею в виду незабываемый эксперимент Фарадея с вращением диска между двумя полюсами магнита, который принес такой великолепный результат, который долго проверялся в каждодневных опытах; все же есть некоторые топологические элементы в этом зародыше существующих динамо и двигателей, которые даже сегодня обращают на себя внимание, и достойны самого осторожного изучения.
Рассмотрим, например, случай диска из железа или другого металла, вращающегося между двумя противоположными полюсами магнита, и полярными поверхностями, полностью покрывающих обе стороны диска, и примем, что электрический ток снимается и передается контактами равномерно от всех точек края диска. Возьмите сначала случай двигателя. Во всех обычных двигателях вращение ротора зависит от некоторого смещения или изменения общего магнитного притяжения, действующего на ротор, это достигается технологически или некоторым механическим приспособлением на двигателе или воздействием электрических токов надлежащей полярности. Мы можем объяснить вращение такого двигателя так же, как мы можем это сделать для водяного зубчатого колеса.
Но в вышеупомянутом примере диска, окруженного полностью полярными поверхностями, нет никакого смещения магнитного действия, никакого изменения вообще, насколько мы знаем, - и все же вращение происходит. Здесь не работают обычные доводы; мы не можем дать даже поверхностное объяснение, как в обычных двигателях, и принцип действия будет ясен нам только тогда, когда мы поймем саму природу задействованных сил, и постигнем тайну невидимого взаимодействия.
Рассмотренный как динамо машина, диск - довольно интересный объект изучения. В дополнение к его особенности порождения электрических токов одного направления без использования коммутирующих приборов, такая машина отличается от обычных динамо, в которых нет никакого взаимодействия между ротором и полем статора. Ток ротора вызывает намагничивание перпендикулярное направлению электрического тока, но так как электрический ток истекает равномерно из всех точек края, а так же если быть точным, внешняя схема может также разместиться совершенно симметрично к постоянному магниту, никакое взаимодействие просто не может произойти. Это, однако, истинно только для слабых магнитов, поскольку, когда магниты более мощные, оба намагничивания под прямым углом, по-видимому, взаимодействуют друг с другом.
По вышеупомянутой причине, логичен вывод, что для такой машины, для того же самого веса, отдача должна быть намного больше, чем для любой другой машины, в которой ток, протекающий в роторе имеет тенденцию размагничивать поле, создаваемое статором. Экстраординарный вывод Форбеса об униполярном динамо и опыт с устройством подтверждают это представление.
Итак, главный принцип, исходя из которого, такая машина может быть сделана само возбуждающей - поразителен, но это может быть естественным - поскольку налицо отсутствие взаимодействия ротора, и соответственно свободное от возмущений течение электрического тока и отсутствие самоиндукции. (Dragons' Lord : Здесь и далее под термином "самовозбуждение" Тесла имеет в виду сам эффект появления электрического тока в устройстве, т.к. в устройстве его "униполярки" нет постоянных магнитов, а есть электромагниты. Таким образом "самовозбуждение" не есть (!) аналог появления СВЕРХЕДИНИЧНОЙ ЭНЕРГИИ, - здесь вообще об этом не упоминается).
Если полюса не закрывают (не охватывают) диск полностью с обеих сторон, то, конечно, если диск должным образом не разделен, механизм будет очень неэффективен. Опять же, в этом случае есть моменты, достойные внимания. Если диск вращается и полевой поток прерван (разорвана цепь, питающая электромагнит), поток через диск ротора продолжит течь и поле магнитов потеряет силу сравнительно медленно. Причина для этого сразу найдётся, когда мы рассмотрим направление токов в диске.
Взгляните на Рис.1, d представляет диск со скользящими контактами B и B' на оси и периферии. N и S представляют два полюса магнита.
Рисунок 1.
Если полюс N выше, как обозначено на рисунке, диск, предполагаем находящимся в плоскости бумаги, и вращающимся в направлении стрелки D. Ток, установившийся в диске будет течь от центра к периферии, как обозначено стрелкой A. Так как магнитное действие более или менее ограничено зазором между полюсами N и S, другие части диска можно счесть бездействующими. Установившийся ток не будет поэтому полностью проходить через внешний контур I', но замкнется через диск непосредственно, и вообще, если расположение подобно показанному, безусловно, большая часть произведенного потока не будет проявляться вовне, поскольку контур F фактически короткозамкнут бездействующими частями диска.
Направление результирующих токов в диске может быть принято таким, чтобы быть, как обозначено пунктирами и стрелками m и n; и направление потока поля возбуждения, обозначаемого стрелками a, b, c, d, анализ фигуры показывает, что одно из этих двух ответвлений вихревого тока, то есть A-B'-m-R, будет иметь тенденцию размагничивать поле, в то время как другое ответвление, то есть A-B'-n-B, будет производить противоположный эффект. Поэтому, ответвление A-B'-m-B, то есть то, которое приближается к полю, оттолкнет линии, в то время как ответвление A-B'-n-B, то есть оставляющее поле, соберет силовые линии на себя.
Из-за этого имеется постоянная тенденция уменьшения течения тока в дорожке B'-m-B, в то время как с другой стороны такая оппозиция не будет существовать в дорожке, B'-n-B, и эффект ответвления или дорожки будет более или менее преобладающий над первым. Объединенный эффект обоих ответвлений потоков мог бы быть представлен одним единственным потоком того же самого направления как возбуждение поля. Другими словами, вихревые токи, циркулирующие в диске, будут дополнительно усиливать магнит. Этот результат весьма противоречит тому, что можно было бы предположить сначала, поскольку мы естественно ожидали, что результирующие роторные токи будут противодействовать току наведенному магнитами, поскольку так обычно происходит, когда первичный и вторичный проводник имеют индуктивное взаимодействие.
Но следует помнить, что это следствие специфического взаимного расположения, а именно, наличия двух путей, предоставляемых наведенному и противодействующему току, каждый из них выбирает тот путь, который предлагает наименьшее количество противодействия. От этого мы видим, что вихревой ток втекающий в диск частично возбуждает поле магнита, и по этой причине когда наведенный ток прерывающий токи в диске, продолжит течь, и полевой магнит будет терять свою силу сравнительно медленно и может даже сохранить некоторую силу, пока вращение диска продолжается.
Результат будет, конечно, в значительной степени зависеть от сопротивления и геометрических измерений пути вихревого тока и от скорости вращения; - и именно эти элементы определяют замедление этого тока и его позицию по отношению к полю. Для определенной скорости существует максимум, возбуждающего действия; тогда как при более высоких скоростях, оно постепенно уменьшилось бы, стремясь к нулю и наконец полностью изменило направление, то есть, эффект вихревого тока должен будет ослабить поле.
Реакцию можно лучше продемонстрировать экспериментально, располагая полюсы N и S, а также N' и S', на свободно подвижной оси, концентрической с осью диска. Если бы последний вращался как прежде в направлении стрелки D, поле действовало бы в том же самом направлении с моментом, который, до некоторого значения, будет расти со скоростью вращения, потом уменьшаться, и, проходя через нуль, наконец становится отрицательным; то есть магнит начал бы вращаться в противоположном направлении к диску.
В экспериментах с альтернативными электродвигателями, в которых поле изменяется токами разных фаз, наблюдался интересный результат. Для очень низких скоростей вращения поля двигатель показал момент 900 фунтов, или больше, замеренный на шкиве 12 дюймов в диаметре. Когда скорость вращения полюсов была увеличена, момент уменьшался и, наконец убывал до нуля, и становился отрицательным, а затем якорь начинал вращаться в противоположном руководстве направлении к полю.
Возвращаясь к основной идее, примите, что условия такие, что вихревые токи, произведенные вращением диска усиливают поле, и предполагают что последнее, постепенно увеличивается, в то время как диск остается, вращающимся по нарастающей (Dragons' Lord : однако здесь проскакивает нужная мысль). Ток когда-то начался, и может быть достаточен, чтобы поддержать себя и даже увеличиться в силе, и затем мы имеем случай "аккумулятора тока сэра Вильяма Томсона".
Но из вышеупомянутых соображений, казалось бы, следует, что для успеха эксперимента сопротивление сплошного диска будет существенно, поскольку, если бы имелось радиальное разбиение, вихревые токи не могли бы формироваться, и их вредное воздействие прекратилось бы. Если бы использовался, такой звездообразный радиально составной диск было бы необходимо соединить спицы по краю проводником или любым другим образом, чтобы формировать симметричную систему замкнутых цепей.
Действие вихревых токов может использоваться, чтобы возбудить машину любой конструкции. Например, на Рис.2 и 3, показаны устройства, в которых машина с ротором-диском могла бы быть возбуждена вихревыми токами.
Рисунки 2 и 3.
Здесь множество магнитов, N-S, N-S, помещено звездообразно радиально на каждой стороне металлического диска D и в продолжение его периферии набор изолированных катушек, C и C. Магниты формируют две отдельных области, внутреннюю и внешнюю. Имеется твердый диск, вращающийся на оси, и катушки в области удаленной от нее. Примем что магниты, немного возбуждены при запуске; они могли бы усилить действие вихревых токов в твердом диске, чтобы предоставить более сильную область для периферийных катушек. Хотя нет сомнения, что при таких условиях машина могла бы быть возбуждена этим или подобным образом, достаточно экспериментальных свидетельств, чтобы гарантированно утверждать, что такой режим возбуждения будет расточителен.
Но униполярный генератор с самовозбуждением или двигатель конструкции, показанной на Рис.1 могут быть возбуждены эффективно, просто посредством разделения диска или цилиндра, в котором наводятся токи, и удаления катушек возбуждения, которые обычно используются. Такая схема показана на Рис.4.
Рисунок 4.
Диск или цилиндр D, как предполагается, будут вращаться между этими двумя полюсами N и S магнита, которые полностью охватывают диск с обеих сторон, контуры диска и полюсов, представляемых кругами d и d' соответственно, верхний полюс, не показан для наглядности. Сердечники магнита, как предполагается, имеют отверстия в центре, вал C диска пронзает их. Если немаркированный полюс - ниже, и диск вращается, ток винтовой формы, будет, как прежде, течь от центра к периферии, и может быть снят соответствующими скользящими контактами, B и B ', на вале и периферии соответственно. В этом устройстве ток, текущий сквозь диск и внешняя цепь не будут иметь никакого заметного влияния на возбуждающий магнит.
Но позвольте теперь предположить, что диск разделен на сектора, по спирали, как обозначено сплошными или пунктирными линиями на Рис.4. Разность потенциала между точкой на вале и точкой на периферии останется неизменной, в знаке так же как в количестве. Единственная разница будет в том, что сопротивление диска будет увеличено и будет большее падение потенциала от точки на вале до точки на периферии, когда тот же самый ток протекает по внешней цепи. Но так как ток вынужден следовать по линиям разбиения, мы видим, что он будет или содействовать полю возбуждения или сопротивляться ему и это будет зависеть, при прочих равных условиях, от направления линии разбиения. Если разбиение реализовано как обозначено сплошными линиями в Рис.4, то очевидно, что, если ток имеет то же самое направление как прежде, то есть от центра до периферии, его эффект должен будет усилить возбуждающий магнит; тогда как, если разбиение реализовано как обозначено пунктирами, произведенный ток будет иметь тенденцию ослаблять магнит. В первом случае машина будет способна к возбуждению, когда диск вращается в направлении стрелки D; в последнем случае направление вращения должно быть обратным.
Два таких диска могут быть объединены, однако, как обозначено выше, эти два диска, могут, как вращаться в противоположные стороны, так и в одну. Подобное расположение может, конечно же, быть реализовано в машине, в которой, вместо этого диска, вращается цилиндр. В таких униполярных машинах, подобного типа, обычные катушки возбуждения и полюсы могут быть опущены, и машина может быть сделана, так чтобы состоять только из цилиндра или двух дисков, окруженных металлическим корпусом. (Dragons' Lord : что конкретно имеет в виду Тесла, - я расскажу ниже по тексту).
Вместо того, чтобы подразделять диск или цилиндр по спирали, как обозначено в Рис.4, более удобно вставить один или более витков между диском и контактным кольцом на периферии, как показано на Рис.5.
Рисунок 5.
Генератор с самовозбуждением Форбеса может, например, быть возбужден вышеописанным образом. В опыте автора вместо снятия тока с двух таких дисков скользящими контактами, как обычно, использовался гибкий приводной проводящий ремень для повышения эффективности. Диски в таком случае, снабжаются большими фланцами, предоставляя большой контакт с поверхностью. Пояс должен быть сделан, так чтобы сцепляться с фланцами в натяг, чтобы компенсировать неплотность прилегания. Несколько машин с контактным поясом были построены автором два годы назад, и работали удовлетворительно; но из-за отсутствия времени работа в этом направлении была временно остановлена. Множество особенностей, указанных выше также было использовано автором в некоторых типах двигателей переменного тока.
* * *
Собственно, - вот и вся статья. Я вообще, долгое время не мог понять, как работает униполярка. Но однажды я набрёл на сайт Евгения Арсентьева
http://evg-ars.narod.ru . Есть у него там малюсенький раздельчик, "Электродвигатель" называется. Описывается в нём - магнитогидродинамический двигатель. Вот где я и "просёк фишку". Только там вращается вода, а в нашем случае металлический диск, - но сила, заставляющая вращаться рабочее тело, - одна и та же
.
В общем, умудрился я в один и тот же день сложить три разных ниточки в одну. И озарило меня, - догадался, как Тесла сделал свой сверхединичный генератор, о котором так много слухов. Ниточка первая, - это сайт Арсентьева. Вторая, - перевод "заметок" от Sib'а. И третья, - посетил я тогда же ещё один сайт
http://energy.org.ru , где раскопал интереснейшую статью. Оригинал статьи был опубликован в журнале "Изобретатель и рационализатор", № 2, 1962 г. Называлась "Туман над магнитным полем", - имеется в виду недоссказанность некоторых моментов в классической физике. Чтобы Вам стало всё понятно, приведу её здесь:
* * *
- Я к вам по поводу статьи "Противозаконная статика". Моя фамилия Родин.
- Еще один.
Призыв калужских изобретателей объяснить, что происходит с двигателем, ротор которого вращается под действием электростатического поля (ИР, 6, 81), затронул умы необычайно. Звонят и пишут в редакцию беспрерывно. Предполагаем в будущем дать обзор наиболее интересных объяснений.
Собрался я было направить и Родина к авторам изобретения, как он вдруг: "у меня самого есть кое-что не менее интересное. Поехали?"
Приятная, со вкусом обставленная квартира Александра Леонтьевича - не типично изобретательское жилье. Но он ведет меня в какой-то безоконный закуток, явно бывший стенной шкаф. "Мой кабинет". Тут верстак, выпрямитель, приборы, инструменты. На верстаке некая конструкция. На одной оси сидят два кольцевых постоянных магнита, между ними медный диск. К диску подсоединены щетки, провода которых выведены на микроамперметр.
- Такую же модельку я собрал несколько лет назад, когда по работе понадобился униполярный двигатель - это вращающийся между магнитами диск или цилиндр, ток с которого снимают щетками. Вот так. - Родин закрепил магниты и начал ручкой вращать ось, а вместе с ней и диск. Стрелка амперметра поползла вправо - есть ток.
- Вы меня пригласили для демонстрации опыта Фарадея? Я, знаете, еще в школе...
- А что будет, если мы станем вращать магниты, а диск будет неподвижен? - как бы не замечая моего раздражения, спросил Родин.
- То же и будет. Какая разница? Извините, но у меня, к сожалению, время... - я осекся. Хозяин квартиры с солидной скоростью вращал магниты около неподвижного диска, а стрелка стояла на нуле.
- Вот и я тогда так же рот раскрыл, - рассмеялся Родин. - Стал искать, проверять контакты - все в порядке. Да убедитесь сами, шевельните слегка диск. По сравнению с бешено вращающимися магнитами движение диска было ничтожным, но стрелка тут же шелохнулась.
- Ну а теперь, если вращать магниты и диск вместе, соединив их в единый ротор ?
- Да вроде бы не должно быть тока, - уже неуверенно сказал я. - Ведь они относительно неподвижны...
Однако вращающиеся вместе диск и магниты ток дали.
А затем Родин продемонстрировал мне двигатель без статора, подсоединив один из проводов, идущих от выпрямителя, к оси, на которой сидят диск и магниты, а другой поднес прямо к диску - вся система закрутилась.
Александр Леонтьевич Родин со своими униполярками.
- Понимаете, почему меня заинтересовал ротор калужан? Но у них другое. А для моих опытов у меня есть вот какое объяснение.
Я предполагаю, что традиционное представление о магнитном поле, как непременной принадлежности магнита неверно. В этом случае действительно не играло бы роли, что относительно чего мы перемещаем. Как ни странно, никто не двигал "бесконечный" магнит вдоль проводника, по крайней мере, в литературе я этого не встречал. Куда проще двигать проводник по скользящим контактам, чем магниты, сохраняя при этом их плоскопараллельное перемещение. Я же не только двигал магниты параллельно столу, на котором лежал проводник, но и вращал их в разные стороны и в направлении обратном перемещению диска - результат тот же самый: величина и направление тока в цепи зависят только от скорости и направления вращения диска. Значит, поле неподвижно? Я делаю вывод: оно, не пугайтесь, магниту не принадлежит, а как бы разлито по вселенной. Магнит лишь возбуждает его, как корабль возбуждает волны, не увлекая их за собой. И как у корабельного винта они наиболее велики, так и наибольшее возбуждение возникает вблизи магнита. Теперь понятно, почему, вращаясь вместе с магнитами, проводник пересекает неподвижное магнитное поле.
Что же касается движения ротора без статора, то единственное здесь объяснение - работа сил Лоренца, действующих на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле. Электроны под их влиянием приобретают тангенциальное направление движения и увлекают за собой диск вместе с магнитами. Кстати, реактивного момента на магнитах не возникает: я устанавливал магнит между дисками, подводил к нему ток - не шевельнулся.
Пока другого объяснения этому эффекту я не нахожу, хотя искал очень долго, обращаясь за помощью в весьма высокие научные инстанции. Высказывались, например, предположения, что при одновременном вращении магнитов и проводника ток наводится в щетках и их проводах, идущих к амперметру. Это, разумеется, не так, в противном случае он наводился бы и при неподвижном диске. Или изменялся бы при перемещении самих проводников, Но я на всякий случай собрал схему без щеток и проводов - эффект тот же.
Полагали, что возможно влияние магнитного поля Земли. Мало правдоподобно, но попробуем. Перемещал систему так и эдак в пространстве, вращал один диск без магнитов - никакого тока, естественно. Так что если найдутся более правдоподобные объяснения - только спасибо скажу.
Итак, еще одна задача читателям: попробуйте найти другое объяснение результатов опытов Родина, кстати, легко воспроизводимых...
И второе: как их практически использовать? Подобные безроторные и вообще униполярные двигатели и генераторы пока маломощны и имеют невысокий КПД. Но уже сегодня просматриваются области их применения, например, в приборостроении. Особенно привлекает то, что двигатель не имеет статора и реактивного момента. А кроме того, если эти двигатели и генераторы действительно изменят наше представление о магнитном поле, практическая ценность их может оказаться огромной.
* * *
Ну как ? - Самое реальное знание из последнего текста, это то, что мы можем магниты непосредственно на диск прилепить. Таким образом получим ЦЕЛЬНОЕ устройство, без взаимодействующих частей. Так я подумал сразу же, мечтая, как я "напрягу" спонсоров на тонкие (а значит и лёгкие), но очень мощные кольцевые магниты из редкоземельных металлов. Мощные магниты нам нужны, т.к. общий КПД униполярного генератора довольно мал. Естественно, что радиус и магнитов и диска нужно сделать побольше, чтобы увеличить полезную площадь, а значит и уровень получаемого напряжения.
Но это всё детский лепет. Моя мысль, конечно, поползла дальше. Оказалось важным само знание о том, что нам наплевать "вращается" магнитное поле или нет и, соответственно, вращаются катушки электромагнитов (а у Теслы, обратите внимание, - именно электромагниты) или стоят на месте.
Я обращаю Ваше внимание на описание технологии, показанной на Рис.5 самим Теслой. Он предложил вообще отказаться от внешних возбуждающих магнитов (на что я указывал по тексту "заметок") и получать магнитное поле в диске, посредством прохождения генерируемого тока по внешнему контуру. - Он называет этот контур "одним или более витком", но я Вам скажу больше, - этот контур, в усовершенствованном варианте, сам Тесла запатентовал отдельно, спустя четыре года исследований, - в ДРУГОМ патенте! Это его бифилярная катушка "ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ"!!! Это и было моё озарение. Теперь становится понятным, почему же Тесла запатентовал этот "странный" патент именно в тот период своей творческой деятельности (как и замечал в своей знаменитой статье Oliver Nichelson). И становится понятно само предназначение, сформулированное в названии патента бифилярки.
Просто так догадаться, что можно обойтись без внешних магнитов весьма сложно, т.к. эта мысль описана самим Теслой очень туманно. Тут же становится понятным, как применить суперсвойства бифилярки. Ведь почему Тесла говорит о "одном или более" витке, а не о полноценной катушке? Потому, что у обычной плоской катушки велико сопротивление току, что заметно снижено в конструкции бифилярки, посредством увеличения разности потенциалов в соседних витках (о чём тоже, практически, не возможно догадаться, не прочитав сам патент в русском варианте). Здесь стоит заметить, что катушка работает НЕ В РЕЗОНАНСЕ, т.к. ток не переменный, а постоянный. Но тем не менее, её свойства на порядок эффективнее, чем у обычной плоской катушки, намотанной в один провод. А значит и магнитное поле, создаваемое такой бифилярной катушкой будет гораздо сильнее!
Но, постойте, - скажут читатели. О какой "целостности" устройства может идти речь, если известно, что диск нужно вращать, а значит нужно иметь соединение с мотором, а значит и от подшипников для оси устройства не уйти, не говоря уже о "передаточных" механизмах внутри самого электродвигателя? - Самая ценность униполярной индукции в том, что если подать напряжение на такой диск, то диск начинает вращаться. И как мы видим из последней статьи, катушка, создающая магнитное поле для этого диска, тоже может вращаться с самим диском и быть на нём закрепленной, т.е. составлять с ним одно целое.
Маленько прервусь и замечу следующее. В своём патенте к униполярному генератору, принимая во внимание трение о боковую поверхность диска внешнего съёмного контакта (а значит и огромный момент торможения, - и чем больше радиус, тем он больше), гениальный Тесла предлагает использовать устройство, состоящее из ДВУХ дисков. Через гибкий проводящий ремень ток передаётся от внешней поверхности одного к внешней поверхности другого, а снимающие напряжение контакты он предлагает упирать в центра осей каждого диска, чем обеспечивает минимальное трение, какое только возможно. Единственное неудобство, как мы видим, заключено в самом гибком ремне. Рискну заглянуть дальше, чем позволил себе сам Тесла (он просто ещё не знал в то время, что магниты можно вращать вместе с диском). - Очевидным усовершенствованием является такой путь : насадить оба диска НА ОДНУ ОСЬ ! Понятно, что обе полуоси (для двух дисков) изолированы друг от друга непроводящим соединителем. Получаем генератор, где не нужен гибкий ремень, т.к. электричество от одного диска на другой (внешние контуры) передаём через обычный провод. Ясно, что оба диска, хоть и вращаются вместе с осью, но друг относительно друга неподвижны (провод тоже). Дальше по описанию патента.
Ладно, вернёмся к размышлению о нашем "вечном движке". Я уже сказал, что униполярный эффект, возникающий в диске можно использовать и наоборот, т.е. в качестве мотора. Ни что не мешает нам посадить и диск, генерирующий ток, и диск, служащий мотором, - на единую ось. Оба диска относительно друг друга - неподвижны. Итак избавились ещё от одного соединения (между двигателем и генератором). Остаётся проблема токосъёмных контактов, идущих как от генератора, так и к электродвигателю. Выход из проблемной ситуации лежит на поверхности. - Не нужны нам контакты вообще ! Передаём полученное напряжение с генератора на двигатель НАПРЯМУЮ !!! - Через пару проводов. Нет, даже через один провод, т.к. вторым проводником служит общая, в данном случае, для двух дисков ось;) .
Оставшийся единственный контакт самого устройства (ЦЕЛЬНОГО) с внешним миром, - это подшипники на концах оси. Всё просто. - делаем "магнитный завес" всего устройства (как это сделать я потом, как ни будь, расскажу), в результате чего ВЕСЬ наш генератор получается висящим в воздухе !!! И никакие провода к нему не подходят и не отходят! Это уже круто...
Главная изюминка такого спаривания в том, что по свойствам самого процесса униполярной индукции, - нет противодействия действию, т.е. нет самоиндукции (полностью отсутствует). Более того, как нас научил Тесла, - мы не то, чтобы ослабляем действие противодействием, а даже наоборот, - прибавляем наше противодействие к действию, чем его всё время наращиваем ! С обычными двигателем и генератором такое бы не получилось. Итак, имеем устройство, которое будет бесконечно наращивать свою скорость (трение равно нулю, - наш магнитный завес), делая самого себя всё сильнее и сильнее!!! Вот ведь сатанизм какой
.
Очень внимательный читатель заметит, что осталась не решённой одна маленькая деталька. Как сделать устройство полезным. То есть, как снимать напряжение в нагрузку. - Очень просто, - нагрузка должна быть тоже помещена на само устройство генератора (например, лампочка), и составлять с ним единое целое
.
С нагрузкой, кстати, как указал Oliver Nichelson в своей статье (редакция от 91-го года мне нравится даже больше, чем от 93-го), тоже имеем великий прикол. Добавление в цепь генератора внешней нагрузки не только не ослабляет его, а даже усиливает и заставляет, работая интенсивнее, вырабатывать больше тока!!! Это вообще отпад.
Хе-хе, если действительно сделать такую штуковину, то её просто разорвёт от мегасуперскорости, которую она достигнет, поэтому предлагаю не делать магнитный завес, а использовать обычные подшипники. Более того, давайте снимать напряжение с обоих торцов (центра осей), как я и предложил в своём усовершенствовании униполярного генератора Теслы, т.е. теперь мы можем использовать получаемое напряжение в своих целях (произвольная внешняя нагрузка). Таким образом скорость вращения нашего генератора не будет стремиться к бесконечности, а сила тока к тому, чтобы спалить провод катушек
. При достижении определённых оборотов генератор, наконец, успокоится, и не будет набирать более быстрые обороты (из за трения качения в подшипниках и контактах). Ну вот, - вроде, уговорили генератор не обгонять наш дремучий век слишком на много.
Общую мощность нашего генератора мы можем увеличить посредством установки на общую ось дополнительных дисков с катушками. Ведь скользящих контактов не станет больше (соединяем проводами непосредственно). Что ещё хорошо, так это очень низкая себестоимость такого генератора. Всё, что нам нужно, так это несколько металлических (можно медных) дисков и немного толстого провода (диаметр провода должен равняться толщине диска).
Позже, как предполагают, Тесла "забил" на механический сверхединичный генератор (так поступают все изобретатели, когда добиваются полной реализации идеи) и, по-видимому, придумал полностью электростатический генератор, в котором ничего не крутится вообще. Если такое устройство существовало, то со временем, я обязательно приду к подобной идее и изобрету повторно, после Теслы, эту штуковину
. И конечно, расскажу Вам, как её делать.
Более того, замечу, что задание формулируется следующим образом : "как сделать СТАТИЧЕСКУЮ униполярную машину" ? В конечном итоге, конечно, получится не униполярка, но генератор, который даёт полное представление о процессе индукции в том виде, как это действительно существует в природе, а не в ошибочном представлении современной физики. До встречи.
Патент US 512340
Dragons' Lord
Сегодня мы рассмотрим один из ранних патентов Николы Тесла, - плоскую бифилярную (в два провода) катушку для создания, как указано в названии патента, мощных электромагнитов.
Патент этот я выбрал по нескольким причинам. Очень многие, не понимая сути изобретения, часто бросают реплику "попробуй использовать бифилярки Теслы, - получишь хороший прирост КПД в своих устройствах". Причём, люди эти, даже отдалённо не предполагают, почему, собственно, такой способ намотки, вдруг, делает катушку более эффективной. Ведь, если приглядеться, то становится понятно, что ток направлен всегда в одну сторону (например, по часовой стрелке) во всех витках, - и чётных, относящихся к одной намотке, и не чётных, относящихся ко второй,.. то есть, точно так же, как и в плоской катушке с намоткой в один провод. И магнитное поле, возникающее в любом произвольном витке, точно так же мешает движению зарядов (тока) в следующем витке, как это происходит и в простой катушке. Более того, индуктивные бифилярки Теслы часто путают с неиндуктивными бифилярками Купера, в которых ток в произвольно выбранных двух соседних витках течёт в разных направлениях (и которые, по сути, являются статическими усилителями мощности и рождают ряд аномалий, в том числе и антигравитационные эффекты). Тогда же рождается параллельный вопрос, - если намотка в два провода улучшает параметры катушки, то почему бы ни намотать в три, четыре... провода, т.е. сделать трифилярную, квадрофилярную и т.д. катушку, и не увеличить этот положительный эффект?
Отгадка приходит, как ни странно, с русским переводом самого патента. Всё дело в разнице потенциалов в двух соседних витках. Тесла подробно исследовал процесс индукции и самоиндукции, а так же потери, возникающие в катушках. Он выяснил, что если очень сильно повысить ёмкость катушки, то для данной частоты тока, понижается сопротивление в витках и эффект самоиндукции стремительно падает. Подробнее об этих соотношениях читайте в патенте.
Здесь на рисунке : верхняя кривая, - это величина, запасаемой энергии в бифилярной катушке Теслы, а нижняя кривая, - величина энергии в обычной плоской катушке, намотанной в один провод (опыт проведён в условиях резонанса).
Также многие не догадываются, что катушка эта разрабатывалась Теслой исключительно для условий резонанса (последовательный LС-контур, резонанс напряжений), и в обычном виде он её не использовал (точнее - использовал, но об этом, как нибудь в другой раз). В резонансе на концах индуктивности (катушки) появляется потенциал гораздо более мощный, чем внешний управляющий сигнал контура (подаваемое напряжение). Но снять напрямую его от туда нельзя. При подключении нагрузки соотношение L и C резонансного контура нарушается (уменьшается индуктивность) и система выходит из резонанса. Сам Тесла (в свой ранний творческий период) и не ставил такой цели. Поэтому, название патента очень хорошо отражает суть изобретения.
В более поздний период Тесла, конечно же, возжелал отобрать эту колоссальную, появляющуюся в катушке мощность (энергию свободных вибраций). Здесь нам на руку играет тот факт, что катушка индуктивная. Т.е. её можно использовать в качестве одной из обмоток трансформатора. Если сделать трансформатор с асимметричной взаимоиндукцией первичной и вторичной обмотки, то можно на вторичную повесить нагрузку и наслаждаться халявой. Если нагрузка имеет статический характер (например, лампочка), то всё на порядок упрощается, - в этом случае, даже трансформатор не обязателен. Главное - всё точно рассчитать. Не буду здесь особо распространяться на эту тему, но очень скоро я напишу подробную статью (со всеми формулами и примерами) по резонансу, где обо всём расскажу. Ждите. А теперь, собственно, сам патент:
Тому, кого это может касаться.
Да будет известно, что я, Никола Тесла, гражданин США, проживающий в Нью-Йорке, изобрёл полезное усовершенствование в катушках для электромагнитов и других аппаратов, которое ниже описано в сопровождении рисунков. В электромеханических аппаратах и системах переменного тока самоиндукционные катушки или проводники могут во многих случаях работать с потерями, что известно, как промышленная эффективность, и что приносит вред в различных аспектах. Эффект самоиндукции упомянутый выше, может быть нейтрализован ёмкостью тока определённой степени в соответствии с самоиндуктивностью и частотой тока. Это достигается использованием конденсаторов, собранных и применяемых как отдельный инструмент.
Моё это изобретение имеет целью изготовить катушки совершенными и избежать вовлечение конденсаторов, которые дорогие, громоздкие и труднорегулируемые. Я заявляю, что в термин "катушка" я включаю понятия соленоиды или любые проводники различные части которых находятся во взаимоотношениях друг с другом и фактически повышают самоиндукцию.
Я выяснил, что в каждой катушке существуют определённые взаимоотношения между её самоиндукцией и ёмкостью, что позволяет току данной частоты и потенциала проходить через неё с омическим сопротивлением (DL: здесь Тесла имеет в виду исчезновение реактивного сопротивления) или, другими словами, как если она работает без самоиндукции. Это происходит в результате взаимоотношений между характером тока и самоиндукцией и ёмкостью катушки, т.е. количество последнего достаточно для нейтрализации самоиндукции для данной частоты. Известно, что чем выше частота или разность потенциалов тока, тем меньше ёмкость требуется для нейтрализации самоиндукции, поэтому в любой катушке, особенно небольшой ёмкости, можно достичь поставленных целей, если добиться нужных условий.
В обычных катушках разность потенциалов между витками или спиралями очень маленькая, поэтому пока они во взаимодействии с конденсаторами, они несут очень небольшую ёмкость и взаимоотношения между самоиндукцией и ёмкостью не такие, как при обычном состоянии, удовлетворяющем рассмотренным требованиям где ёмкость очень мала относительно самоиндукции.
Для достижения цели увеличения ёмкости любой катушки, я наматываю её таким образом, чтобы обеспечить наибольшую разность потенциалов между соседними витками, а поскольку энергия хранящаяся в катушке (считаем, как в конденсаторе) пропорциональна квадрату разности потенциалов между витками, то становится понятно, что я могу таким образом, посредством определённого расположения витков, достичь увеличение ёмкости.
Я изобразил в приложении чертёж, в соответствии с которым осуществил это изобретение.
Рис.1 - схема катушки, намотанной обычным способом. Рис.2 - схема катушки намотанной согласно изобретения.
Пусть -А- на Рис.1 обозначает любую катушку спиралей или витков, из которых она намотана и которые изолированы друг от друга. Предположим, что концы этой катушки показывают разность потенциалов 100 В и что она содержит 1000 витков. Тогда очевидно, что существует разность потенциалов в одну десятую вольта между двумя любыми смежными точками на соседних витках.
Если теперь, как показано на Рис. 2, проводник -В- намотан параллельно проводнику -А- и изолирован от него, а конец -А- будет соединён с началом проводника -В-, тогда длина собранных вместе проводников будет такая же и число витков тоже самое (1000). И тогда разность потенциалов между любыми двумя точками проводников -А- и -В- будет 50 В, а т.к. ёмкостный эффект пропорционален квадрату этой разности, то энергия скопившаяся в катушке будет теперь в 250000 раз больше !
Следуя этому принципу теперь я могу намотать любое количество катушек, не только описанным выше путём, но любым другим известным способом но так, чтобы обеспечить такую разность потенциалов между соседними витками, которая обеспечит необходимую ёмкость чтобы нейтрализовать самоиндукцию для любого тока, который может иметь место. Емкость полученная таким образом имеет дополнительное преимущество в том, что распределяется равномерно, что является наиболее важным в большинстве случаев. И как результат, оба параметра, - эффективность и экономия, легче достигаются тогда, если размер катушек, разность потенциалов и частота тока увеличиваются.
Катушки, состоящие из проводников в изоляторе и намотанные виток к витку и соединённые последовательно не являются новыми, и я не уделяю особого внимания для их описания. Однако, на что я обращаю внимание это то, что намотки другими способами могут привести к другим результатам.
Применяя моё изобретение, специалисты в этой области должны хорошо понимать зависимость между понятиями ёмкость, самоиндукция, частота и разность потенциалов тока. Также как и понимать какая ёмкость достигается и какая намотка должна иметь место для каждого конкретного случая.
Я заявляю в своём изобретении :
1. Катушка для электрического аппарата, состоит из витков, которые образуют часть цепи и между которыми существует разность потенциалов, достаточная для обеспечения ёмкости в катушке способной нейтрализовать самоиндукцию, как было описано.
2. Катушка, состоящая их изолированных проводников, соединённых последовательно имеет такую разность потенциалов, чтобы создать в целой катушке достаточную ёмкость для нейтрализации её самоиндукции.
Мои эксперименты
Цель работы заключается в экспериментальной проверке накопленной информации на тему «динамо-машина Теслы», а так же получить количественные данные некоторых величин.
1. Исходные знания.
По статьям из Интернет узнал и запомнил, что существует устройство, которое после первоначального запуска в действие, не требует затрат энергии из вне на поддержание работоспособности. Тут должен немного пояснить. Это устройство (динамо-машина) не требует затрат электрической или тепловой энергии. На первый взгляд кажется, что эта машина работает как волчок – по инерции. Но она может работать много дольше, нежели она работала по инерции.
Первоначальный запуск заключается в раскручивании её ротора до достижения определённых оборотов. При этом мы затрачиваем энергию, но после достижения определённой величины оборотов ротора машины мы можем постепенно вернуть эту энергию, сняв её с машины в виде электроэнергии. Причём постепенно величина взятой от динамо-машины энергии превысит величину затраченной при запуске.
Из прочитанных мною материалов не ясно, откуда в машине появляется дополнительная энергия. Происхождение дополнительной энергии в машине меня не интересует. Я задался целью изготовить такую машину. Для её изготовления нужны конкретные чертежи и описания материалов. Чертежей в Интернете я не нашёл, есть только рисунки динамо-машины Теслы. Очень много теории по принципу появления тока на дисках ротора машины. Я пришёл к выводу, что к числовым значениям и соотношениям придётся идти самому и только опытным путём.
Проделав ряд экспериментов, получил определённые результаты.
2. Материалы установки.
Для создания однородного магнитного поля я использовал магниты от динамических головок. Первые опыты проводил с диском, изготовленным из двусторонне фольгированного стеклотекстолита. На рисунке 1 протравленный диск и жестяная полоска для опайки диска по периферии. Полоски на диске – это протравы медной фольги. Нижняя сторона диска также протравлена, причём если за диск поместить источник света, то прорези будут полностью просвечиваться. Через некоторое время диск начал покрываться сине-зелёным налётом, поэтому пришлось его облудить с двух сторон. На следующих фотографиях тот же диск, только лужёный.
На рисунке 2 лужёный диск, мультиметр которым я пользовался при последних измерениях (его показания немного отличались от предыдущего прибора).
Рис.1 Рис.2 Рис. 3 Рис. 4 Рис. 5
На рисунке 3 можно рассмотреть: на квадратном вентиляторе лежит магнит-основание с вклеенным в него подшипником, на основании лужёный диск.
1. Первое измерение производил положив диск на магнит-основание. Одним щупом тестера касался винта, которым диск был прикручен в центре к валу в подшипнике. Ко второму щупу я примотал многожильный провод для получения удовлетворительного подвижного контакта щупа с краем диска. Раскрутив пальцем диск как можно сильнее брал в руку щуп со щёткой, касался ею диска и смотрел на тестер. Диапазон тестера устанавливал 2мА. Некоторое время наблюдал устойчивое значение 3мА, после чего постепенно оно уменьшалось и не за долго до полной остановки диска равнялось 0
2.Собственно фотография 3 – это установка второго эксперимента. В этом случае диск вращался вместе с магнитом. Измерения производил действуя аналогично предыдущему пункту. Показания тестера вели себя как и в первом случае. Максимальный ток был 3мА. Я решил, что не важно вращается магнит вместе с диском или стоит.
Появилось предположение, что если бы сверху диска был бы ещё один магнит, расположенный таким образом, что бы оба магнита (основание и верхний) притягивались, то участок однородного магнитного поля был бы больше. Тут важно, что бы векторы магнитного поля были перпендикулярны диску, а без верхнего магнита эти векторы ближе к краям магнита сильнее наклоняются к противоположному полюсу. Так как я пришёл к выводу, что не обязательно магниту быть стационарным, то решил просто положить верхний магнит на диск. Тем самым получилось, что верхний магнит вращается вместе с диском, а нижний магнит-основание стоит неподвижно.
3.Верхний магнит имел внешний диаметр 135мм. Раскручивать диск стало сложнее, но время вращения увеличилось (появился маховик). Способ съёма тока производил так же, как и в предыдущих 2 опытах. Максимальный ток зарегистрировал 17мА. Дальнейшее увеличение оборотов приводило к соскакиванию верхнего магнита с диска.
После проведения третьего эксперимента решил проверить, как изменится величина тока, если оба магнита будут вращаться вместе с диском. Поставил на квадратный вентилятор установку опыта 3. На рисунке 4 видно размеры верхнего магнита. Максимальный ток был 17мА.
С установкой как в третьем случае провел опыт стараясь обнаружить явление вращение диска при подведении напряжения. В место тестера щупы воткнул в гнёзда блока питания. Установил на нём напряжение 0,8В для уменьшения искрения и поставил максимальный ток защиты – 3А. Коснулся диска щупом и «щёткой» диск не двинулся, а провода щупов очень сильно двигались. Я пробовал пропускать ток 7А, используя другой блок питания и графитовый сердечник от батарейки вместо щётки. Диск не двигался, а графитовый стержень грелся и обжигал пальцы. В общем, я решил, что даже если дольше держать стержень диск вращаться не будет.
После обсуждения конструкций опытов было решено, что из-за выступа диска из-под магнитов (диаметр диска 200мм, диаметр большого магнита 135мм) в торчащей области диска магнитное поле направлено в противоположную сторону полю непосредственно между магнитами. Таким образом, на торчащем участке диска появляется ток в противоположном направлении току в области диска непосредственно между магнитами. Требовалось проверить данное решение. Это можно было осуществить путём уменьшения диаметра диска или, каким-то образом, отведя магнитное поле из «запрещённой» области. Уменьшить диаметр диска означало расстаться с прежним диском, так как восстановить назад будет не возможно, поэтому я решил замкнуть магнитные полюсы верхнего и нижнего магнитов (полюсы дальние от диска). Но у меня из-за соединения полюсов магнитов потеряется возможность непрерывного съёма тока с края диска. Тогда я решил просто увеличить толщину обоих магнитов. К нижнему магниту прилепил другой магнит т динамика. А на верхний - большой магнит налепил все оставшиеся куски от магнитов, которые появились вследствие не удачного их извлечения из динамиков (рис.5).
Раскручивал установку по-прежнему – пальцем. Маховик стал более массивным. Но крутился он ещё дольше. При этом максимальный ток зарегистрирован 25мА. Но тут увеличение тока возможно не только из-за верности предположения о торчащем участке диска, а ещё из-за увеличения силы магнитов. Но пока не было возможности проверить другим способом, поэтому вывод не окончателен.
4. В этом опыте я использовал новый диск тех же размеров (200мм). На рисунке 6 можно увидеть светлые места на диске – это места пересечения протравленных участков. В этом диске одна сторона – это зеркало первой. Диск не лужен. Рядом с новым диском лежит уже использовавшийся диск и описанный выше квадратный вентилятор. Максимальный ток с новым диском и набором магнитов как в 4 был 24мА (рисунок 7).
Рис.6 Рис. 7
6.Вырезал из алюминия толщиной 1,5мм диск диаметром 140мм и уменьшил диаметр первого диска из стеклотекстолита до 140мм. Набор магнитов полный (как в 4 и 5 опыте). Максимальный ток с этих дисков регистрировался одинаковый и равен 34мА. Я примерно сравнил разницу толщин проводящих слоёв дисков и решил, что толщина диска не важна.
7. Пробовал пропускать по дискам ток 3А. Установил на блоке питания напряжение 0.8В и ток защиты максимальный – 3А. Коснулся одним щупом винта в центра диска, вторым (щёткой) края диска. Вольтметр блока питания показывал 0В, а амперметр 3А. Диск не двигался.
07 сентября 2004Провёл эксперимент в продолжение попыток раскрутить диск в магнитном поле. Мною была сделана установка, материал которой – фанера. При помощи дюралюминиевых уголков и винтов скреплял вырезанные из фанеры элементы. Как видно из рисунка 8 в верхней горизонтальной фанерке просверлено отверстие в которое помещён магнит (диаметр 135мм). Магнит приклеен эпоксидной смолой.
Рис.8 Рис. 9 Рис. 10
На рисунке 8 амперметр показывает ток при резисторе в схеме номиналом 25_Ом (4 резистора по 100_Ом параллельно). Трансформатор ТН160. Я подключал обмотку напряжением 3,5В. Катоды D1 и D2 я использовал как плюсовые контакты, но на них пульсации напряжения сдвинуты по фазе на 180градусов. Т.е. когда на одном выводе есть напряжение, то оно отсутствует на другом и наоборот. Я расположил эти контакты (распушённый многожильный провод) на установке закрепив пластилином. Если провести радиусы к точкам прикосновения импровизированных щёток, то угол между этими радиусами будет 90градусов. Точку соединения терминаторов (см. схему) я подвёл к оси черед амперметр (тестер с включенным диапазоном измерения 10А). Таким образом, ток должен был течь в один полупериод с одной щётки к оси, а второй полупериод с другой так же к оси. После включения трансформатора в сеть амперметр показывал значение тока -0,17А (минус означал не правильное подключение щупов тестера, но так как он цифровой это не имеет значения). Диск не двигался… Рискуя сжечь диоды, я взял в руки пинцет и замкнул резисторы. При этом от установки послышалось гудение (типичное 50Гц), раздался звук трущихся металлических частей – щётка о диск. Оказалось, что щётка не по той касательной приложена к краю диска, поэтому её развернуло поворачивающимся диском. Тем временем диск постепенно набирал обороты. В момент замыкания резисторов амперметр показывал ток -11А (минус 11Ампер). С набором числа оборотов величина потребляемого тока снижалась, и минимальное его значение я заметил в районе 7А.
Если смотреть на рисунок 10 (вид почти сверху), то вращение было по часовой стрелке. Я обратил внимание на направление изгиба рассечений на диске. Сделал вывод, что вращение происходит не из-за трения электронов о рассечение. Поясню, Так как электроны движутся от отрицательного вывода источника питания к положительному, то в моём случае ток течёт от оси к периферии. При таком направлении движения электроны, при трении о прорези в диске, должны его закручивать против часовой стрелки (если смотреть на рис.10). Следовательно, вариант с «трением» отпадает.
После второго включения (я включал так как не верил своим глазам), дождавшись пока диск остановится после прекращения подачи питания, я обнаружил что амперметр показывает ток не -0.17, а -0.1А. Посмотрел на щётки и увидел, что одна щётка не касается диска. Я не стал устранять «неисправность», а решил проверить - раскрутится ли диск при таком включении? Включил питание, треск был сильнее, но диск начал набирать обороты. Сейчас уже не помню значение потребляемого тока, так как сразу не записал. Остановив диск, отключив питание, я присоединил отключенную щётку к первой, таким образом, схема превратилась в обычный диодный мост. Включил питание и диск закрутился.
После этих результатов я задумался над вопросом – что же было причиной предыдущих неудач? Главных отличий было два. Первое. Конструкция здорово отличалась от предыдущего варианта, в которой магниты лежали на диске. В этой диск много легче и эффект маховика значительно уменьшен. Второе отличие – величина тока. В последнем случае его значение (при пуске) было 10А, а в предыдущем не более 7А. Вкралось сомнение в рассуждения по поводу двух причин, есть и ещё одна – род тока. Я думал о роде тока, когда читал про воду, вращающуюся в банке при подводе напряжения. К этой банке подводилось пульсирующее напряжение (один диод, преобразующий переменное напряжение в пульсирующее). При предыдущих не удачных испытаниях диска с током 7А я использовал стабилизированный блок питания. В принципе, все три предположения могу проверить. Сегодня это не получится из-за отсутствия того самого блока питания.
Я попробовал использовать меньшей мощности блок питания, у которого встроены вольтметр и амперметр. Но вращения не получил. При токе в 3А напряжение на вольтметре было 1,5В. Причём это напряжение с учётом падения напряжения на включенном в цепь амперметре. Сопротивление нагрузки (для блока питания) по закону Ома равно 1,5/3 = 0,5_Ом. Если вращение начиналось при токе 10А, то напряжение было U = 10 * 0,5 = 5В. Уж не знаю, какую часть напряжения отнести к диску, а какую к амперметру, но это в будущем, а сейчас вся установка потребляет 5В*10А=50Вт (при запуске). При работе это значение уменьшается до (U = 7 * 0.5 = 3.5В, P = 7 * 3.5 = 24.5 Вт) 24,5Вт. Т.е. в два раза. Но, тут нельзя однозначно это утверждать, так как при появлении искры сопротивление конструкции повышается, соответственно растёт падение напряжения. Соответственно в формулу надо подставлять не 3.5В а больше. Но в данный момент я не могу более ничего измерить. Я доволен результатом! Наконец-то диск закрутился, далее выясним причины и условия для вращения.
Здесь есть видео (в зтпе 2,2Мб)
08 сентября 2004 Сегодня включал установку с использованием стабилизированного блока питания. Используемый блок питания со встроенной защитой от КЗ, поэтому я решил включать его через амперметр, как и в предыдущем опыте. Максимальный ток был 7А. Диск даже не пытался двинуться. Я попробовал раскрутить его примерно до тех оборотов, которые наблюдал вчера, и подал ток. Ток тёк тот же 7А, но диск постепенно останавливался. Вывод напрашивался один – род тока (его форма). Взял блок питания без стабилизации напряжения, у него при потреблении большого тока появляются большие пульсации (величину не знаю). Подключили к установке и включили питание, вольтметр блока питания падал практически до нуля, но диск немного повернулся и… В блоке питания сгорел предохранитель. Заменить более мощным не было возможности, да и нужно ли? На мой взгляд, очевидно, что ток должен быть пульсирующий, возможно, переменный. Лично моё мнение – полярность напряжения не должна меняться, в противном случае ток будет течь в другую сторону и вращение должно быть в обратном направлении. Кстати, я так и ни разу не пробовал изменить полярность подводимого напряжения!!! Теперь необходимо проверить установку с катушкой поверх магнита (для усиления магнитного поля), неплохо бы зарегистрировать количество оборотов диска при его вращении. В принципе после снятия параметров с диска в режиме генерации и в режиме мотора, зная обороты можно примерно определить при каких оборотах какой будет ток и какой ток нажжен для вращения диска на этих же оборотах. Иначе говоря, найти ту самую точку пересечения значений потребляемого тока и генерируемого для этого самого вращения. Ещё нужно провести очень важный, на мой взгляд, эксперимент: вращать диск мотором (любым) и подключая нагрузку обратить внимание на изменение потребляемой мощности мотором, который вращает диск. Для работоспособности данной машины в режиме автогенерации необходимо, что бы нагрузка не влияла (практически не влияла) на потребляемую мотором мощность.
17 октября 2004г. провел следующий эксперимент.
Обернул медной фольгой магнит диаметром 115мм от динамика (см. рис. 1 и рис. 2). По периферии соединил верхнюю часть фольги с нижней. Положил полученное устройство на квадратный вентилятор (на фото чёрного цвета). Собрал усилитель на операционном усилителе (см. рис. 3).
Если рисунок сохраните на своём диске, а потом просмотрите в Paintе, то всё буквы на схеме видно разборчиво.
В программе моделирования приведённой схемы получил, что при напряжении 50мкВ светодиод должен светиться. При проверке на практике получил результат примерно 2,6мВ (возможно я не точно задал параметры операционного усилителя). На практике чувствительность проверял, поставив на входе усилителя делитель напряжения на 100. При подаче напряжения питания на резистор делителя светодиод вспыхивает, увеличив деление на порядок, светодиод уже не светится. Если посчитать напряжение на входе усилителя, то оно получается 2,6 / 1000 = 0,0026В или 2,6мВ. Это значение пригодится для расчёта сопротивления получившегося диска.
Припаял усилитель к дискам (см. рисунки 1 и 2). Три батарейки последовательно установил на фольгу отрицательным электродом. Плюсовой подвёл к усилителю проводом (на фото он розовый, марка - МГТФ). От блока питания (БП) подал напряжение и заметил ток защиты от КЗ, он равнялся 0,07А (70мА). При этом светодиод светился в полнакала. Посчитаем сопротивление получившейся цепи: R = U/I. Напряжение срабатывания 2,6мВ, ток 70мА, следовательно, сопротивление приблизительно равно 0,04 Ом. Сопротивление я рассчитывал, чтобы примерно знать с каким порядком имею дело. Чтобы получить требуемое напряжение на входе усилителя необходимо получить ток примерно 70мА. Можно рассчитать по формуле величину оборотов диска, но по опыту знаю, что это не малая величина. Поэтому решил увеличить сопротивление и при меньшем токе добиться необходимого для включения светодиода значения входного напряжения. Для этого я начал рассекать фольгу.
Последний из вариантов рассечения можно видеть на рисунке 4. В этом случае при токе 10мА светодиод начинал светиться в полнакала. Сопротивление стало равным 0,26 Ом. Далее уменьшение требуемого тока требовало более "тонкой" работы и более точного средства измерений, нежели встроенный в БП амперметр. Остановившись на этом, я решил крутануть конструкцию.
Свечения светодиода не увидел. Сделал темноту и повторил раскручивание (рукой), результат - отсутствие свечения. Я попробовал крутануть в другую сторону - то же самое. Однако при торможении рукой обратил внимание на помигивание светодиода. Оказалось если заставить дребезжать участок фольги, то светодиод начинает ярко светиться и чем сильнее дребезг, тем ярче свечение.
Подумал, что может мешать ток, текущий по участку фольги от элемента питания до усилителя, т.к. он оказывается против наводимого тока. Для устранения этого варианта я припаял второй провод (минус) к батарейке, а саму батарею прилепил на пластелине внутрь кольцевого магнита. Крутил изделие в одну и другую сторону в темноте - свечения не было.
Я разорвал фольгу на периферии кольца и припаял туда резистор 100 Ом. Подключил БП к входу усилителя и заметил, что даже при самом малом токе защиты от КЗ светодиод светится. Теперь рассчитаем минимально регистрируемый ток усилителя. I = U / R. R = 100 Om, U = 0,025В, следовательно, ток равен 25мкА. Это значение должно было присутствовать даже при тех оборотах, которые устройство развивало при раскручивании его рукой (исходил из опыта).
Итак, либо ток действительно не течёт по проводнику, либо есть какая-то ошибочка!
18 октября 2004г. Пока ехал в автобусе, было время подумать о вчерашнем результате эксперимента. На мой взгляд, я нашёл свою ошибку. Она была с самого начала рассуждений о динамомашине. Необходимо разобраться с векторами магнитного поля и наводимого тока. А именно я в голове прокручивал вариант классического вращения токопроводящей рамки в магнитном поле. В этом случае магнит можно разместить внутри рамки, лишь бы не менялось направление векторов магнитного поля. Вчера у меня и был магнит внутри медной фольги. Но в случае с рамной одна её часть двигается в противоположном направлении другой части (у противоположного полюса). А в моём опыте обе части "рамки" двигались в одном направлении. При таком движении соединённых проводников наводимые токи будут встречными, а скалярная величина их (при равной величине магнитного поля) одинакова. В результате сложения этих двух токов получим 0, т.е. токи компенсируют друг друга. Значит вчерашний вывод о том, что тока нет, не совсем верен. Ток есть, только ток одного диска компенсируется током второго диска. Устранить этот факт возможно двумя путями.
Первый. Верхняя часть фольги не должна двигаться, либо двигаться в противоположную сторону нижней части.
Второй путь. Необходимо изменить направление магнитного поля одной из половинок фольги.
Вечером сделал составной магнит, соединив два магнита от динамиков одноимёнными полюсами вместе. Внутрь кольца прилепил пластилин толщиной примерно 5мм, с наружной стороны кольца прилепил небольшой кусок пластилина длиной (по окружности) примерно 3см и толщиной 8..10мм. На рисунке 5 видно жёлтый пластилин, обмотка из провода 0,8мм, бледно-розовая коробочка - это батарея питания 3,75В. На рисунке также видно зелёное свечение светодиода. На фото запечатлён момент вспыхивания светодиода, когда обмотку проходит не однородное место магнита. Вращающийся магнит диаметром 130мм (использовал его при эксперименте 17.10.2004 и ещё не до конца удалил с него автогерметик - материал которым приклеивал медную фольгу)
Скотч я использовал для предотвращения врезания проволоки в пластилин. Для чего я прилепил пластилин? Дело в том, что при соединении двух магнитов между ними образуется сфокусированное магнитное поле и, если провод наматывать непосредственно на магнит, то будем иметь проводник в магнитном поле противоположного направления требуемому. На этом хоть и маленьком участке проводника будет наводиться ЭДС равная по величине ЭДС наводимой на крайних плоскостях кольца (где векторы магнитного поля перпендикулярны проводнику). Отдаляя провод от магнита внутри кольца и на периферии, получаем ослабление влияния "вредного" участка магнитного поля. На фотографии видно, что скреплял магниты обычной чёрной нитью.
Дальше я рассуждал так. Если мы пришли к выводу что не важно двигается магнит вместе с проводником или нет, то теперь достаточно двинуть конструкцию в направлении перпендикулярном плоскости катушки для того что бы "зажечь" светодиод. Я в темноте резко тряс устройство в разных направлениях, но ни какого свечения индикатора (светодиода) НЕ БЫЛО! Вариант, что магнит можно двигать вместе с проводником пришлось отбросить. Как тогда объяснить результаты с вращающимся вместе с магнитом диском?! Ответ пока не знаю. Далее необходимо проверить вариант с движением обмотки относительно магнита. Но, как видно из фотографии, это сложно. Тогда я решил дёргать катушку то в одну, то в другую сторону вдоль круга магнита. Как это было можно увидеть в этом видео фрагменте. Что бы проверить, не попал ли я на неоднородность магнита, я извлёк пластилин и проделал те же действия с обмоткой на всех секторах кольца магнита. Везде наблюдал одно и тоже. А именно. При движении катушки к себе светодиод вспыхивал, а при обратном движении не вспыхивал. О резкости движений можете судить сами, посмотрев видеоматериал (снято со скоростью примерно 30кадров/сек.). Поясню про резкость движений. Чем резче дёргаю обмотку, тем больше dS/dt, иначе - чем резче, тем больше ЭДС наводится в проводнике. Итак, экспериментально подтвердилось предположение о работоспособности такого варианта конструкции генератора. В этом я не вижу ни чего удивительного, ведь этот вариант полностью по теории из учебника физики (см. вращение токопроводящей рамки в магнитном поле). Движение катушки в однородном магнитном поле используется в динамических головках, правда в них поле не совсем однородно, оно слабеет к тыльной стороне динамика. И есть два проводника от обмотки, но их влияние на ток в катушке очень мало, поэтому можно не рассматривать.
Данной установкой можно искать неоднородности тороидальных магнитов. На рисунке 5 запечатлён именно момент прохождения неоднородного участка магнита. В движении можно увидеть подобную картинку в этом фрагменте. На нём видно два вспыхивания светодиода соответствующие приближению и удалению не однородного участка магнита. Я на вращающийся магнит положил металлический диск от дисковода с магнитной лентой по краю, смотрите, сколько неоднородностей на ней в этом фрагменте. Это самый качественный видео фрагмент.
Разобрав установку, намотал такую же катушку и подключил её к этому же операционнику. Поднёс всё изделие к настольной лампе (газоразрядной) и светодиод засветился! Можно искать источники магнитных колебаний. На работающий трансформатор реагирует с расстояния 20см (трансформатор 100Вт) без нагрузки.
20 октября 2004г. У меня в голове целиком сложилась картина происходящих процессов. Решил провести эксперименты для окончательного убеждения себя в верности полученных выводов.
Чувствительности моего датчика хватает для экспериментирования не с катушкой, а с одним проводом. Я припаял МГТФ (гибкий провод) ко входу усилителя и проделал 5 опытов.
1. Датчик и провод положил на лист бумаги и держал всё над вращающимся магнитом от динамика. Светодиод не светился за исключением вспыхивания, когда под контуром проходил участок неоднородности магнита.
2. Я положил датчик (усилитель со светодиодом) вместе с проводом на кольцевой магнит так, чтобы ни какая часть не выходила за края магнита. Магнит положил на вентилятор и раскрутил рукой сначала в одну, а потом в другую сторону. Теперь я и не ожидал свечения светодиода, а тот и не светился. Почему, поясню ниже.
3. Не снимая провода и датчика с магнита, пробовал двигать часть провода по поверхности магнита (это можно увидеть здесь (438кБ) ). Я ожидал, что ток должен быть и мои ожидания оправдались!
4. Между магнитом и вентилятором положил деревянную линейку так, что бы один её край далеко выступал за край магнита. На этот край я положил датчик, а провод, лежащий на магните, придавил пластилином. Раскрутил установку. Светодиод не горел, а я этого и не ожидал.
5. Последний
Вход
Регистрация
FAQ
Поиск
