Безопорное движение системы проводника с током в магнитном поле
Безопорное движение системы проводника с током в магнитном поле
ток проводник магнит эквивалентность
В зависимости от ответа на вопрос об эквивалентности движения проводника с током в магнитном поле неподвижного постоянного магнита и движения последнего при неподвижном закреплении проводника с током можно будет судить о том, возможна ли реализация безопорного движения системы жёстко закреплённых друг с другом провод-ника с током и магнита, вектор поля которого ортогонален проводнику (то есть направле-нию тока в нём).
Существование безопорного движения нарушает сложившееся в физике утверждение о невозможности движения изолированной механической системы под действием внутренних сил. Это суждение уже опровергается работами автора, в основе которых лежит принцип действия ударной волны на стенки сосуда с жидкостью, когда источник ударной волны смещён относительно центра симметрии данного сосуда, то есть расположен ближе к одной его стенки и дальше от противоположной. При этом не нарушается закон сохранения импульса, поскольку такая изолированная система движется скачкообразно, останавливаясь после каждого импульса ударной волны, при этом перемещается в пространстве (безопорно, так как считается изолированной) в направлении, совпадающем с движением ударной волны от её источника до ближней стенки сосуда, например, эллиптической формы. При этом в системе не происходит какого-либо перераспределения масс.
Такое движение изолированной системы не противоречит закону сохранения и превращения энергии, так как на создание повторяющихся ударных волн затрачивается определённая энергия внутреннего энергетического источника системы.
Аналогичная ситуация возникает при рассмотрении движения жёстко связанных между собой постоянного магнита и расположенного между его магнитными полюсами проводника с постоянным током, ортогонально ориентированным к вектору магнитного поля.
По закону Фарадея на прямой проводник длиной L с постоянным током I в нём, помещённый в магнитное поле с индукцией В, действует сила F, равная:
F = B L I sin α,
где α - угол между прямым проводником и вектором магнитной индукции. Под действием этой силы проводник будет двигаться по известному «правилу левой пуки» в направлении, ортогональном как вектору магнитной индукции, так и само-му себе, то есть направлению тока в нём. В силу третьего закона Ньютона всякая сила, действующая на некоторое тело, в данном случае на проводник с током в магнитном поле, вызывает равную и противоположно направленную силу противодействия, приложенную к некоторой опоре. Следовательно, движение проводника в рассматриваемой ситуации является опорным движением, а не безопорным. При этом сила противодействия, казалось бы, не может прикладываться к незримому и безмассовому объекту, каковым является магнитное поле, а должна прикладываться к объекту-источнику, порождающему такое магнитное поле, то есть к магнитным полюсам рассматриваемого постоянного магнита.
Следовательно, в случае жёсткого закрепления проводника с постоянным током в нём и при обеспечении подвижности постоянного магнита последний должен двигаться по «правилу правой руки», что и определяет принцип эквивалентности движения.
Если этот принцип соблюдается, то становится возможным создание бесколлекторных двигателей постоянного тока, не содержащих скользящие электрические контакты для передачи тока в обмотку ротора, поскольку такая обмотка может быть выполнена неподвижно на статоре. Поскольку сила противодействия, указанная выше, разлагается на две составляющие, одна из которых действует на подвижный ротор, и она приводит его во вращательное движение. Составляющая силы противодействия, приложенная к статору (его магнитному полюсу) работы не производит, если статор двигателя неподвижно закреплён. Однако при отсутствии такого закрепления статора последний будет также вращаться в направлении, ПРОТИВОПОЛОЖНОМ направлению вращения ротора, но, в общем случае, с иной угловой скоростью в зависимости от соотношения моментов инерции масс ротора и статора такого двигателя. Противоположность направления вращения статора связана с тем, что проводник с током закреплён жёстко со статором, и действующая на него сила больше составляющей силы противодействия, приложенной к статору. Важно отметить, что и в этом случае соблюдается закон сохранения момента импульса. При этом предполагается, что источник постоянного тока закреплён на теле статора, вращается вместе с ним, чтобы не использовать скользящие электроконтакты для связи двигателя с внешним источником постоянного тока. Интересно отметить, что соотношение угловых скоростей вращения ротора и статора во взаимно противоположных направлениях при строгом соблюдении закона сохранения момента импульса (суммарно равного нулю) будет определяться тем, как размещён данный проводник с постоянным током в маг-нитном зазоре между ротором и статором, то есть ближе или дальше от ротора при его неподвижном закреплении на теле статора.
Таким образом, если такой двигатель со встроенным в него источником постоянного тока рассматривать в качестве изолированной механической системы, можно констатировать факт безопорного вращательного движения, как ранее был рассмотрен вариант безопорного поступательного скачкообразного движения. В обоих случаях не нарушается закон сохранения импульса и момента импульса и соблюдается закон сохранения и пре-вращения энергии - основные фундаментальные законы физики.
Таким образом, при соблюдении принципа эквивалентности движения оказывается возможным построение бесколлекторных двигателей постоянного тока, не содержащих скользящие электроконтакты, поскольку все рабочие обмотки такого двигателя располагаются на теле статора и являются неподвижными, а вращается только намагниченный ротор без каких-либо обмоток на нём [1,2]. Такой концепции возражают многие специалисты по электротехнике, полагая невозможным построение таких бесколлекторных и бесконтактных двигателей постоянного тока. Однако, что произойдёт тогда с принципом эквивалентности движения? Мы должны признать его несостоятельность, заодно с треть-им законом Ньютона?
Встанем на позицию критиков принципа эквивалентности движения. Тогда мы встанем перед фактом невозможности движения подвижного постоянного магнита относительно жёстко закреплённого проводника с постоянным током в нём, находящемся в магнитном поле этого постоянного магнита. Иначе говоря, проводник может двигаться в магнитном поле (и это опытный факт!), а свободный постоянный магнит не может двигаться в противоположном направлении относительно жёстко закреплённого проводника с постоянным током в нём. Но тогда мы обязаны признать, что сила противодействия НЕ ОПИРАЕТСЯ на магнитные полюсы постоянного магнита как на физические тела, а опиирается на некую безмассовую физическую среду, каковой является магнитное поле, как бы не связанное с его источником - постоянным магнитом, а существующее независимо от последнего. Рассуждая подобным образом, приходим к выводу, что возможно движение проводника с током, ЗАКРЕПЛЁННОГО жёстко с самим магнитом, в поле которого находится проводник, а, следовательно, и движение самого постоянного магнита, увлекаемого движущимся проводником. Но это есть ничто иное, как ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ БЕЗОПОРНОЕ движение изолированной механической системы, содержащей источник энергии - источник постоянного тока. При этом такое движение является непрерывным во времени, а не скачкообразным, как в выше рассмотренном случае. И при таком движении явно нарушается закон сохранения импульса, и, кроме того, движение такой изолированной механической системы осуществляется под действием внутренних сил.
На этом же принципе можно создать бесколлекторные двигатели, в которых вращается ротор и статор, закреплённые друг с другом, а рабочая обмотка расположена в магнитном зазоре между ними и также вращается. При этом необходимо использовать скользящие электроконтакты для передачи электроэнергии от внешнего источника.
Вот какие неожиданные тайны физики следует экспериментально оценить, разрешая вопрос о принципе эквивалентности движения применительно к физике электромагнетизма. Это позволит научно обосновать перспективы безопорного движения.
Практический вывод: Если безопорное движение невозможно, то это означает, что бес-коллекторный двигатель постоянного тока с рабочей (вращающей) обмоткой, закреплённой в теле неподвижного статора, безусловно, должен работать.
Следствием этого вывода является факт вращения магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре в направлении вращения ротора, так как в противном случае в рабочей обмотке, закреплённой на статоре (то есть неподвижной) не стала бы возникать э.д.с. индукции, и ротор мог бы вращаться с неограниченно возрастающей угловой скоростью вплоть до его разрыва действием центростремительных сил. По-видимому, угловая скорость вращения магнитного поля в тороидальном магнитном зазоре приблизительно в два раза меньше угловой скорости вращения ротора. При этом согласно принципу относительности движения в рабочей обмотке двигателя будет возбуждаться э.д.с. индукции, противодействующая безграничному нарастанию скорости вращения ротора. Данное следствие указывает на фактор «вмороженности» магнитных силовых линий в соответствующие домены ферромагнетика ротора и статора, благодаря которому и возникает вращающееся магнитное поле при вращении намагниченного ротора. Снижение почти вдвое угловой скорости вращающегося магнитного поля по сравнению с угловой скоро-стью вращения ротора связано с приблизительно равной вероятностью переброса магнитных силовых линий с доменов ротора и статора при из взаимном перемещении, при котором эти линии вынуждены вытягиваться до момента срыва, что проявляется феноменологически в форме так называемого магнитного трения [3].
Литература
1. Меньших О.Ф., Способ получения энергии и устройство для его реализации, Патент РФ № 2332778, опубл. в № 25 от 27.08.2008.
. Меньших О.Ф., Бесколлекторный двухроторный двигатель постоянного тока, Патент РФ № 2531029, опубл. в № 29 от 10.10.2014.
. Меньших О.Ф., Устройство для исследования магнитного трения, Патент РФ № 2530290, опубл. в № 2 от 20.01.2015.