Electromagnetic induction without magnetic field - Monstein (pdf)
https://phaseback.com/wp-content/uploads/2018/06/Faradays-Law-of-Electromagnetic-Induction.pdf
Кристиан МОНШТЕЙН, CH-8807 FREIENBACH / Швейцария
С помощью простого эксперимента будет показано следующее: само по себе наличие переменного магнитного поля в отношении времени и места в электрическом проводнике не является необходимой предпосылкой для индукции электрического напряжения. правильный, согласно МАКСВЕЛЛУ-ФАРАДЕЮ, недействителен для описываемого эксперимента.
1. ВВЕДЕНИЕ
В генераторных системах сила ЛОРЕНЦА часто используется для объяснения движущей силы потока тока. (Назван в честь Хендрика Антона ЛОРЕНЦА, 1853-1928). Эксперт должен разобраться с правилом левой руки [1], чтобы формулу (1) можно было применить правильно, поскольку все векторы F, v и B ортогональны (под прямым углом) друг другу.
(1)Эмпирически выведенный закон индукции Фарадея гласит, что если магнитный поток вокруг пути становится переменным во времени, то в нем индуцируется напряжение, пропорциональное изменению магнитного потока. Чтобы рассчитать наведенное напряжение, нужно сначала рассчитать магнитный поток (Гр. phi) из плотности потока B .
(2)Изменение потока во времени означает
(3)Наведенное напряжение в катушке также может быть описано как линейный интеграл, таким образом
(4)Учитывая закон Ленца, мы получаем индуцированное напряжение (электродвижущая сила или напряжение источника). Это изменение индукционного напряжения называют также напряжением покоя источника (установившимся состоянием) [2].
(5) где N = количество витков на поверхности корпуса катушки A.
Аналогично этому есть источник напряжения движения, альтернативный вывод, основанный на законе индукции.
(6) где Z = количество проводников, L = длина проводника под прямым углом к B и v , v = скорость движения проводника.
Уравнения (5) и (6) обычно применяются в технике и чаще всего работают. Но они показывают только два частных случая гораздо более общей ситуации. Эта общая ситуация была преднамеренно достигнута в эксперименте ХУПЕРА-МОНСТЕЙНА [3], [4], [5], [6], [7]. См. также рис. 1 для этой цели (взято из [7]).
2. ЭКСПЕРИМЕНТ
Два одинаковых постоянных магнита были размещены ортогонально (под прямым углом) к контрольному или испытательному проводу с активной длиной 150 мм. Плотность магнитных полюсов составляет около 50 мТл. Магниты расположены так, что неравные полярности находятся напротив друг друга. Такое размещение приводит к тому, что магнитное поле становится равным нулю в точке в центре, где расположен контрольный провод. Две репрезентативные линии поля (линии B), проведенные рядом с контрольным проводом, показывают противоположные стрелки, указывающие на исчезновение магнитного поля. Это легко проверить с помощью датчика Холла. Два магнита, а также тестовая проволока (контрольная проволока) могут отчетливо перемещаться с помощью шагового двигателя в указанном направлении «v». Управление осуществляется автоматически с ПК (персонального компьютера) с внешним оборудованием на 4 шаговых двигателя. См. Рис. 2, Контрольное оборудование ниже. Вся сложная механическая установка с салазками, двигателями, подшипниками, испытательной рамой и т. д. была снова предоставлена и одолжена мне бесплатно моим другом мистером Ханспетером Бенцем. Моя благодарность ему! Мой вклад ограничивался управляющим ПК и управляющим программным обеспечением, а также измерительной схемой и оценкой.
Диапазон движения
Использование этой удобной возможности перемещать магниты, а также тестовую проволоку по желанию позволяет использовать множество вариаций и комбинаций движений. Наиболее интересны, прежде всего, те движения в центральной области, где находится контрольный провод и где плотность магнитного потока равна и остается равной нулю. Для всех следующих экспериментов 'v' остается постоянным на уровне 2,64 мм/с, чтобы можно было сравнивать части эксперимента. Выбранная скорость зависит от максимальной тактовой частоты шаговых двигателей, полученных от ПК, с одной стороны, и возможного диапазона движения (греч. дельта) «s» с другой.
Диапазон движения (греч. дельта) 's' получается из максимального количества шагов позиции np = 240, умноженного на количество шагов одной позиции (греч. дельта) 's'. Шаг одной позиции 's' = 0,022 мм зависит от привода шпинделя и количества активных обмоток линейных шаговых двигателей. Максимально возможное расстояние измерения, соответственно диапазон движения (греч. дельта) 's' = np x 's', что составляет около 7,29 мм. Этот диапазон движения «s» осуществляется, в зависимости от конкретной части эксперимента, либо «левым» магнитом, и/или «правым» магнитом, либо пилотным проводом. Некоторые из выполненных вариаций перечислены в таблице на рис. 4.
Измерительные приборы
Реальный измерительный прибор, использованный во время этого эксперимента, представляет собой достаточно чувствительный XY(t)-плоттер с диапазоном измерений 5 мкВ на 100 мм отклонения по оси y. Ось X обрабатывается внутренним генератором отклонения с диапазоном 3 секунды на каждые 100 мм отклонения по оси X. Пилотный провод может быть электрически отключен и заменен калиброванной схемой. Эта схема калибровки питается от батареи и резистивного делителя напряжения, создающего постоянное напряжение около 1 мВ.
Схема подключения измерительной цепи показана ниже на рис. 3. Дополнительно можно инвертировать полярность напряжения калибровочной цепи. Для повышения чувствительности вместо одиночного провода использовали проволочную рамку с n = 250 витков. Однако значения, приведенные в таблице на рис. 4, были пересчитаны для одного контрольного провода. Весь эксперимент подразделяется на три частичных эксперимента, как описано ниже.
Перемещенный (на восток) магнит
В первом эксперименте только один из двух магнитов перемещается по направлению к контрольному проводу. Другой магнит, а также контрольный провод неподвижны. Это «нормальный» случай, для которого закон индукции, как известно, приблизительно справедлив, так как в этом случае В <> 0.
При приближении магнита к пилотному проводу Ввозрастает линейно. Вдоль контрольного провода средняя плотность магнитного потока B составляет около 0,8 мТл, что было измерено датчиком Холла KSY10. Это позволяет оценить ожидаемое индуцированное напряжение в испытательном проводе в соответствии с обычным методом, который составляет u = BLv = 0,8 мТл x 15 см x 2,64 мм/с = 0,3 мкВ. Это, конечно, слишком малое значение, поскольку существенные части магнитного потока двух магнитов уже компенсируются. Измеренные значения составили 1,2 мкВ - 1,6 мкВ при движении с востока на запад и 1,3 мкВ - 1,8 мкВ при движении с запада на восток.
Оба магнита двигались
Во втором эксперименте оба магнита одновременно двигались к тестовому проводу и после короткой задержки отводились от контрольного провода. Оба магнита двигались с одинаковой скоростью v и преодолели такое же расстояние (гр. дельта) с. В центре результирующее магнитное поле точно равно нулю. Это означает, что в соответствии с уравнениями (5) и (6) напряжение не должно индуцироваться, поскольку B = 0 мТл, а также (Gr. phi) = 0 Vs всегда и во всех местах контрольного провода равны нуль. Дело, однако, в том, что в данном случае было измерено вдвое большее напряжение, чем в первом эксперименте, а именно 2,4 мкВ - 3,6 мкВ. Это грубое нарушение закона индукции, который десятилетиями считался правильным! Этот эксперимент прекрасно показывает, что законы индукции, какими они всем известны, не могут быть правильными. Это также показывает, что не магнитный поток B ответственен за наведенное напряжение. Это что-то другое, а именно векторный потенциал A, который, как показано в приведенной выше ситуации, не обнуляется, а удваивается. (См. стрелки для линии А на рис. 1.)
Перемещенный (на запад) магнит и тестовая проволока
Во многих книгах по физике утверждается, что магнитный поток B является реальным, а векторный магнитный потенциал A является чисто математической величиной. Основываясь на этих экспериментах, мы должны перевернуть это утверждение и сказать, что Б — чистая фикция, а А — реально. (что бы это ни значило, что что-то физически реально). Еще одна интересная вариация — третий (частичный) эксперимент. Здесь левый (восточный) магнит остается неподвижным. Вместо этого правый (западный) магнит перемещается с удвоенной скоростью справа по направлению к контрольному проводу. При этом сам пилотный провод перемещается влево со скоростью vк неподвижному магниту. Это гарантирует, что расстояния между тестовой проволокой и магнитами останутся симметричными. С этим снова связано постоянное гашение магнитного потока в месте расположения испытательного провода. Хотя снова в этом случае формулы индукции (5) и (6) не работают, так же, как и в эксперименте 2, достигается удвоенное напряжение, а именно 2,6 мкВ - 3,6 мкВ. В этом случае также выполняется относительность движений, т.е. для конечного результата не имеет значения, двигаются ли проволока или магниты!
3. РЕЗУЛЬТАТ
Все приведенные напряжения являются средними значениями, полученными из нескольких экспериментов. Погрешность измерения для всех частичных измерений составляет ± 0,12 мкВ.
Рисунок 4: Таблица
В двух крайних правых столбцах ТАБЛИЦЫ на рис. 4 каждый раз приведены два значения напряжения U и U', которые относятся к началу (U) и концу (U') диапазона движения (gr .дельта) 's'. Поскольку A зависит от местоположения (оно уменьшается радиально наружу), возникает индукционное напряжение, которое также зависит от местоположения (при постоянной линейной скорости). Помимо частичных экспериментов, перечисленных выше, было проведено десять других вариантов, однако они здесь не перечислены, поскольку конечный результат не изменился. Фактом остается то, что причиной наведенного напряжения является А , а не В.
4. ИНДУКЦИЯ ЧЕРЕЗ ИЗМЕНЕНИЕ МАГНИТНОГО ВЕКТОРНОГО ПОТЕНЦИАЛА
Исправленная формула для расчета наведенного напряжения должна начинаться не с магнитного потока B , а с магнитного векторного потенциала A , а также должна учитывать изменения местоположения и изменения, зависящие от времени. Ситуация с изменениями A во времени приводит к напряжённости электрического поля, которую разные авторы [5] называют «двигательно-трансформаторной электрической напряжённостью».
(7)Исходя из этого, мы можем определить наведенное напряжение, используя линейный интеграл вокруг пути проводника. Если, как в нашем примере, например, скорость магнитов v линейна, то (7) можно переписать следующим образом
(8)Для случая, когда магниты неподвижны, а проводник движется, для наведенной напряженности поля возникает другая исходная ситуация. Чтобы различать эту напряженность поля, в [5] она названа «движущей электрической напряженностью».
(9)[Обратите внимание: rot = curl].
Следовательно, в сумме получается, что «глобальная» напряженность электрического поля равна:
(10)Таким образом, теперь можно рассчитать фактическое индуцированное напряжение в измерительной цепи.
(11)где N = количество витков
ЛИТЕРАТУРА
[1] Ханс Брейер, dtv-Atlas zur Physik Volume 2 1991, Electricity, Magnetism, Solid State, Modern Physics, ISBN 3-423-03227-8 [Atlas for физика, том 2, 1991, Electricity, Magnetism, Solid State Bodies, Современная физика]
[2] Георг Роуз, Большая коллекция электронных формул для специалистов по радио/телевидению и инженеров-электронщиков. Franzis-Verlag Poing 1995. ISBN 3-7723-5339-8 (на немецком языке)
[3] В. Дж. Хупер, доктор философии, Новые горизонты в теории электрического, магнитного и гравитационного поля, Electrodynamic Gravity Inc., 1974 (доступно через Tesla Book Company)
[4] Оливер Крейн, Центральный осциллятор и космическая квантовая среда, том 1, раздел 3, страницы 203..211, Universal Experts Verlag Rapperswil, 1992. ISBN 3-9520261-0-7 (только на немецком языке).
[5] Кристиан Монштайн, Deutsche Physik (немецкая физика) 1(4) 1992, Электромагнитная индукция без магнитного поля.
[6] JP Wesley, Deutsche Physik 2(5) 1993, корреспонденция редактору Deutsche Physik.
[7] JP Wesley, Классическая квантовая теория, страницы 314...316, Benjamin Wesley Blumberg, 1996. [
8] RP Feynman, RB Leighton, ML Sands, Фейнмановские лекции по физике, Band II, Teil 1, Bilingua - Ausg. R Oldenbourgh und Addison - Wesley, Aufl. 1973–1977, ISBN 3-486-33701-7.
Дата публикации:
23 мая 2001 г.
http://www.physics.uni-altai.ru/pub/article.html?id=93
**************
Тесты и дизайн Жана-Луи Нодена. создано 13.12.97
http://jnaudin.free.fr/html/hoopmnst.htm
***
Я провел моделирование магнитного поля которое может пересекать проводник. При сближении обоих магнитов проводник магнитные силовые линии не пересекают.
*******
Разные статьи по интересной смежной теме
http://kirkmcd.princeton.edu/examples/faradaydisk.pdf
Немає коментарів:
Дописати коментар