Трансгенератор магнитного поля Андрея Мельниченко

Трансгенератор магнитного поля Андрея МельниченкоЗнаменитые опыты Фарадея — вращение магнита относительно катушки с проводом и вращение катушки с проводом в магнитном поле — в учебниках описаны подробно. Но есть и ряд важных физических особенностей электромагнитного преобразования энергии, на которые мало кто обращает внимание.

Рассмотрим пример. Магнит дви­жется линейно (или вращается) относительно катушки из про­вода. Изменяющееся магнитное поле создаёт индуцированное вихревое электрическое поле, наводящее ЭДС индукции в витках (ЭДСi). Подчерк­нём, что вихревое электрическое поле сопровождает любой движущийся маг­нит. В катушке без ферромагнитного сердечника вся ЭДС в витках создаётся изменяющимся нолем магнита (и толь­ко им). А если эту катушку замкнуть на нагрузку? По ней пойдёт ток. Магнит­ное поле тока будет тормозить магнит. Это, можно сказать, классическое электро­механическое преобразование энергии. Важно отметить, что в данном опыте ВСЁ магнитное поле, индуцирующее ЭДС в витках катушки, идёт только от магнита (без учёта самоиндукции).

В другом опыте магнит движется уже относительно катушки с ферромагнит­ным сердечником. При этом магнит намагничивает сердечник при приближении, а при удалении магнита ферро­магнитный (а также из любого куска железа, стали, феррита) сердечник раз­магничивается. Поскольку магнитная проницаемость ферромагнетика во много раз больше воздуха, то большую часть ЭДС в витках катушки уже наво­дит не само поле магнита, а поле ферро­магнитного сердечника. Роль магнита сводится к созданию ноля.

Но только ли с магнитом связано поле ферромагнитного сердечника? От­нюдь! Значительная часть магнитного поля замкнута вокруг сердечника по воздуху, вообще минуя магнит! Полу­чается, что переменное магнитное поле железного сердечника индуцирует вих­ревое электрическое поле. А магнитное и электрическое поля совместно обра­зуют поток энергии, характеризуемый так называемым вектором Пойнтинга (S=ExH), этот поток энергии уже ни­как не связан с первоисточником маг­нитного поля — постоянным магнитом. Вообще вокруг любого куска железа, когда мимо проносят магнит, «волшеб­ным» образом возникает своё электро­магнитное поле, и поток энергии, уже не связанный с первоисточником на­магничивающего поля! Также важно, что в самом постоянном магните ника­кая ЭДС пе действует, что невозможно в катушке из провода с током. Магнит­ные моменты электронов, спины элек­трона в постоянном магните это своего рода квантовые (назовем их так) токи, которые не реагируют ни па какие вих­ревые электрические поля. Спин элек­трона умозрительно можно уподобить эдакому вечно вращающемуся с одной и той же постоянной скоростью заря­женному шарику, который невозможно ни остановить, ни замедлить его враще­ние… Чем не «квантовый», своего рода, двигатель, совершающий в магните работу по намагничиванию куска же­леза вообще без каких-либо затрат па преодоление ЭДС?. В катушке из про­вода с током, если её поднести к железу, такой фокус бы уже не «прокатил»…

На эти фантастические проявления магнетизма почему-то мало обращала внимания традиционная электродина­мика. Ведь по канонам закона сохране­ния энергии абсолютно ВСЯ энергия электромагнитного поля движется от источника к приёмнику, излучается в пространство или рассеивается в виде потерь в среде. А уже в этих простень­ких опытах с магнитом и любым кус­ком железа неким чудесным образом возникают потоки энергии, идущие в сердечник и из него, и как бы факти­чески из «ниоткуда»… Если точнее, то дополнительный поток энергии идёт, входит и выходит как бы от самой по­верхности ферромагнетика, куска же­леза.

Из курса физики, напомним, известно, что переменное магнитное поле маг­нита И (В) и вихревое электрическое поле Е вместе образуют вектор Пойитинга S=EH=EB, где H — напряжён­ность магнитного поля, а В — индукция. Важно отметить, что магнитное ноле токов Н и магнитное поле собственно ферромагнетика — индукция Bi, не­смотря па кажущееся внешнее сходс­тво, в корне отличаются по природе своего носителя, свойствам и структу­ре. В принципе поле ферромагнетика надо правильнее называть не просто магнитным, а ФЕРРОМАГНИТ­НЫМ полем. В физике традиционно этого важного различия для «просто­ты» не делают, хотя во многих случа­ях оно принципиально важно и необ­ходимо для разделения и понимания физических процессов. Ферромагнитное ноле, как и обычное магнитное поле Н, при изменении В об­разует вихревое электрическое поле и вектор Пойнтинга. А вектор Пойнтинга через какую-либо поверхность образует поток энергии. В данном случае поток энергии от магнита в катушку. Важно отметить, что потоки энергии, связан­ные с вектором Пойнтинга, это не некая чисто теоретическая модель процессов и математическая условность, а вполне реальные существующие в простран­стве потоки энергии. Именно эти по­токи и переносят энергию. Теорема Пойнтинга, например, очень хорошо описывает такие энергетические потоки при передаче электроэнергии ВДОЛЬ проводов, в электромагнитных волнах, всех прочих электромагнитных систе­мах, а также и энергетические потоки внутри всех устройств в электротехни­ке: генераторах, трансформаторах, элек­тромоторах и прочем. С точки зрения потоков энергии есть вектор Пойнтинга и связанный с ним поток энергии, иду­щий от магнитов в катушку с нагруз­кой. С ортодоксальной точки зрения понимания электромагнетизма — чудес пока никаких.

Советую прочитать:  Уфология. Поиск внеземных цивилизаций.

Теперь вставим в катушку ферро­магнитный сердечник (ферритовый, стальной и пр.). В этом случае боль­шую часть ЭДСi в обмотке создаёт уже не само поле магнита, а магнитное поле Bi ферромагнитного сердечника. При этом магнитное поле ферромагнитного сердечника большей частью замкнуто по воздуху вокруг сердечника и лишь частично замкнуто через магнит (и взаи­модействует с ним). То есть большая часть этого поля «железа» сердечника вообще замкнуто вокруг сердечника, минуя магнит. Но при этом важно по­нять, что ВСЁ магнитное поле ферромагнитного сердечника создаёт ЭДС в витках катушки. С точки зрения потоков энергии вокруг ферромагнит­ного сердечника возникает свой век­тор Пойтинга и поток энергии, лишь частично связанный с магнитом. При этом большая часть потока энергии в катушку идёт не от поля магнита, а от ферромагнитного поля сердечника в катушке. Это кажется невероятным с точки зрения классической электроди­намики. Получается, что поток энергии в катушку идёт не только и не столько от первоисточника — магнита, а как бы «втекает» из магнитного ноля сердеч­ника из окружающего пространства?! Теперь удалим магнит от ферромаг­нитного сердечника с катушкой — сер­дечник размагнитится. При этом в электроэнергию преобразуется ВСЁ ферромагнитное поле «железа» фер­ромагнитного сердечника, а тормозить магнит будет лишь ЧАСТЬ этого поля. Получается, что значительная, боль­шая часть индуцированной в катушке электроэнергии вообще пе связана с электромеханическим преобразовани­ем энергии? Магнит лишь инициирует изменения магнитного поля в ферро­магнитном сердечнике. А значитель­ную часть полезной электроэнергии индуцирует в обмотке уже ферромаг­нитное поле сердечника, которое за­мкнуто большей частью вне магнита. Генерация электроэнергии в катушке в значительной мере как бы вообще оторвана от магнита (ротора-индуктора, индуктора) пространственно.

В данной системе протекают одновременно два процес­са — обычное электромеханиче­ское преобразование энергии и генерация электроэнергии, пе связанная с магнитом. Маг­нит (или электромагнит) лишь индуктор изменений магнит­ного поля в железном (фер­ромагнитном) сердечнике. А большую часть ЭДС и электро­энергии индуцирует уже поле сердечника. Это важнейшее отличие от примера с магнитом и катушкой без сердечника. По топологии магнитных полей системы «магнит плюс катуш­ка без сердечника» и «магнит плюс катушка с сердечником» имеют, как можно хорошо увидеть из рисунке, принципиальное от­личие. Ферромагнитный сердечник в катушке создаёт СВОЁ магнитное ноле в витках катушки, помимо поля магнита, и свой поток энергии в ка­тушке. И этот дополнительный поток энергии уже никак топологически пе связан с первоисточником изменения поля магнитом, а связан только с окру­жающим пространством… Даже такой простой опыт с магнитом и катушкой с ферромагнитным сердечником, как выясняется, пе так прост, как может показаться па первый взгляд.

В обычном синхронном генерато­ре ротор-индуктор фактически, как втулка в цилиндр, вложен в статор-якорь. В этом случае ВСЕ магнитные поля магнита-ротора и статорного сердечника практически не разделе­ны и образуют общее магнитное поле. Небольшие поля рассеивания зубцов и пазов пе превышают нескольких про­центов. В такой электрической машине практи­чески всё ферро­магнитное поле «железа» статора связано с рото­ром. Поэтому в обычных гене­раторах даже на холостом ходу в принципе почти нет вектора Пойнтинга и потока энер­гии, не связанного с ротором-индукто­ром. И поэтому в таких электрических машинах происходит обычное, класси­ческое электромеханическое преобра­зование энергии без каких-либо чудес. Но это следствие принципиальной то­пологии, классической конфигурации электрической машины. В так назы­ваемой открытой магнитной системе, где магнитные поля магнита и ферро­магнитного сердечника уже связаны лишь частично, картина пото­ков энергии уже совсем иная. Для этого просто надо разделить пространствен­но частично магнитные поля индукто­ра (магнита) и ферромагнитного сер­дечника (статор-якорь).

Пример из области электромеханики абсолютно эквивалентен статической системе как по топологии ферромаг­нитных полей, так и по топологии вектора Пойнтинга и всех потоков энергии. В статическом случае индук­тор неподвижен. Затраты энергии на намагничивание ограничены только тем полем (ферромагнитным), что ин­дуктивно связано с индукторной об­моткой и участвует в магнитном взаи­модействии сердечников через зазоры. Простейшее устройство состоит из двух, а лучше трёх сердечников, разде­лённых зазорами. Зазор относительно большой — несколько миллиметров, и нужен для частичного разделения фер­ромагнитных нолей боковых сердеч­ников и индуктора. В обмотку индук­тора подаётся ток, и через зазоры его сердечник намагничивается и намаг­ничивает боковые сердечники. Вокруг них также возникают собственные магнитные поля. На образование и энер­гию этих вторичных ферромагнитных полей источник, питающий индуктор, электроэнергию уже не тратит. Вторичные ферромагнитные поля вообще не участвуют в магнитном взаимодей­ствии с индукторным сердечником. При размагничивании индуктора энер­гия магнитного поля с боковых сердеч­ников снимается при помощи специ­альных обмоток па них. Эти обмотки пе участвуют в намагничивании. При намагничивании ток в них блокирован диодами. Вообще это устройство по ре­жиму работ — так называемый обратноходовой преобразователь (дроссель накопления магнитной энергии), по с более сложной топологией магнитных полей. Энергия снимается с системы сердечников, разделённых зазорами. Само количество сердечников может быть любым. Опыт показывает, что при определённом соотношении зазоров и индукции (и кривой намагничива­ния) количество сердечников вообще не ограничено! В этом случае один-два индуктора могут намагнитить десятки, сотни сердечников — и вплоть до беско­нечности!!!

Советую прочитать:  Как боги открывали двери храмов

Особенно сильно этот эф­фект будет проявляться на уровне до­менов, акустических доменов и нано и микрочастиц ферромагнетиков, разде­лённых диэлектриком (немагнитным). С точки зрения физики ферромагнетик не обладает индуктивным сопротивле­нием, — «квантовым токам» электронов в магните и в железном сердечнике не нужно преодолевать наведённые ЭДС, в отличие от токов электронных в про­водах катушки. Потому что магнитное поле ферромагнетиков образуется не обычным движением электронов и про­чих зарядов, а связано с особой кван­товой природой спина — магнитного момента электрона. Описание этих яв­лений — сложный материал для отдель­ной статьи по квантовой физике.

По той же причине — отсутствия дей­ствия ЭДС па токи в магните — и по­стоянному магниту не нужно тратить энергию на намагничивание куска железа, к которому поднесли магнит. Мы воспринимаем это как само собой разумеющееся, но в случае катушки из провода с током этот «фокус» бы уже не прокатил… В катушке возникла бы ЭДС от магнитного поля железа, и на ее преодоление пришлось бы потра­тить электроэнергию от батарейки или аккумулятора для поддержания тока. А магнит делает это без затрат на преодоление ЭДС. Квантовые токи — магнитные моменты (спины) электронов не реагируют на ЭДС во­обще, будь-то даже миллионы вольт вихревого электрического поля. «Вращение» электрона (то бишь квазивращение — квантовое движение) невозможно ни ускорить, ни остано­вить, ни даже ничтожно замедлить… Можно ли напрямую подключиться к этому в своём роде квантовому «веч­ному двигателю»? Нет, но можно ис­пользовать для получения фактически дармовой магнитной энергии ферро­магнетиков. Самый простой пример для понимания — работа обычной ферритовой антенны. Слабое магнитное поле радиоволны усиливается в ней в согни раз. Фактически поток энергии (вектор Пойнтинга) вокруг ферритовой антенны в тысячи, даже десятки тысяч раз превышает поток энергии (вектор Пойнтинга) в радиоволне. «Фонтан» потока энергии вокруг ферритовой антенны уже не связан с пере­дающей антенной и не идёт от антенны.

При этом ток смещения в радиоволне не совершает работы на намагничи­вание ферритовой антенны. Фактиче­ски энергия электромагнитной вол­ны просто усиливается в ферритовой антенне (или из магнитодиэлектрика). Возрастает и магнитное поле за счёт поля ферромагнетика и индуцирован­ное им вихревое электрическое поле. Вокруг ферритовой антенны вектор Пойнтинга и поток энергии, связанный с полем ферромагнетика, может в сотни и многие тысячи раз превосходить по­ток энергии в падающей радиоволне.

Этот дополнительный поток энергии идёт не от передающей антенны, а циркулирует только вокруг фер­ритовой антенны. (Как и при связи на ферритовую антенну наматыва­ется обмотка с нагрузкой, желательно настроенная в резонанс с рабочей час­тотой.) Такая картина энергетических потоков в корне противоречит клас­сической трактовке движения по­токов энергии от первоисточника и — страшно сказать! пресловутому закону сохранения.

пример с ферритовой антенной имеет ту же физическую природу, что и с магнитом, и с ферро­магнитными сердечниками. Ферро­магнетик — это «вещь в себе», особая квантовая электродинамика, пе связан­ная с макродвижением зарядов. Спин электрона (и других частиц) и ток сме­щения в радиоволне не реагируют на ЭДС индукции. Это, кстати, относится и к орбитальным «токам» электронов в атомах.

Если эти потоки энергии грамотно технически создать и использовать, то можно создать электротехнические ге­нераторы, в которых электроэнергии снимается в разы больше, чем нуж­но для вращения ротора-индуктора и преодоления магнитного тормозного момента на ротор-индуктор. Ясно, что, кроме «голой» физики, в таких электрических машинах надо решить ряд чисто инженерных, технических задач и проблем, связанных с созданием и преобразованием магнитных полей. И хотя уже разработана почти сотня устройств статического типа и машин вращения для генерации переменного (синус) и постоянного тока, в том чис­ле и трёхфазных систем для промыш­ленности, особо важен сам факт, что в электромагнетизме есть такая «брешь» в отношении закона сохранения.

Кто возьмется её заполнить? А главное — чем?

Статья взята из журнала «Техника молодёжи» за 09/2012 год.

 

Читайте также: