Магнітні кола з постійними магнітами. Постійні магніти Додавання магнітних полів постійних магнітів

Трансгенерація енергії електро магнітного поля

Сутність досліджень:

Основним напрямком досліджень є вивчення теоретичної і технічної можливості створення пристроїв, що генерують електроенергію за рахунок відкритого автором фізичного процесу трансгенераціі енергії електромагнітного поля. Суть ефекту полягає в тому, що при додаванні електромагнітних полів (постійних і змінних) складаються не енергії, а амплітуди поля. Енергія поля пропорційна квадрату амплітуди сумарного електромагнітного поля. В результаті, при простому додаванні полів енергія сумарного поля може у багато разів перевищувати енергія всіх вихідних полів окремо. Така властивість електромагнітного поля називається неаддитивну енергії поля. Наприклад, при додаванні в стопку трьох плоских дискових постійних магнітів енергія сумарного магнітного поля зростає в дев'ять разів! Аналогічний процес відбувається при додаванні електромагнітних хвиль в фідерних лініях і резонансних системах. Енергія сумарною стоячій електромагнітної хвилі може у багато разів перевершувати енергію хвиль і електромагнітного поля до складання. В результаті сумарна енергія системи зростає. Процес описується простою формулою енергії поля:

При додаванні трьох постійних дискових магнітів обсяг поля зменшується в три рази, а об'ємна щільність енергії магнітного поля зростає в дев'ять разів. У підсумку, енергія сумарного поля трьох магнітів разом виявляється в три рази більше енергії трьох роз'єднаних магнітів.

При додаванні в одному обсязі електромагнітних хвиль (в фідерних лініях, резонаторах, котушках, також відбувається збільшення енергії електромагнітного поля в порівнянні з вихідною).

Теорія електромагнітного поля демонструє можливість генерації енергії за рахунок перенесення (транс-) і складання електромагнітних хвиль, полів. Розроблена автором теорія трансгенераціі енергії електромагнітних полів чи не суперечить класичній електродинаміки. Уявлення про фізичному континуумі, як про надщільного діелектричної середовищі з величезного прихованого енергією маси призводить до того, що фізичний простір володіє енергією і трансгенерація чи не порушує повний закон збереження енергії (з урахуванням енергії середовища). Неаддитивности енергії електромагнітного поля демонструє, що для електромагнітного поля просте виконання закону збереження енергії не відбувається. Наприклад, в теорії вектора Умова-Пойтинга складання векторів Пойтинга призводить до того, що складається електричне та магнітне поля одночасно. Тому, наприклад, при додаванні трьох векторів Пойтинга, загальний вектор Пойтинга зростає в дев'ять разів, а не в три, як здається на перший погляд.

Результати досліджень:

Можливість отримання енергії за рахунок додавання електромагнітних хвиль досліджень досліджувалися експериментально в різних типах фідерних ліній - волноводах, двопровідних, Полоскова, коаксіальних. Діапазон частот становить від 300 МГц до 12,5 ГГц. Потужність вимірювалася як прямо - ватметри, так і побічно - детекторними діодами і вольтметрами. В результаті, при виконанні певних настройок в фідерних лініях отримані позитивні результати. При додаванні амплітуд полів (в навантаженнях) виділяється потужність в навантаженні перевершує потужність подається з різних каналів (використовувалися подільники потужності). Найпростішим досвідом, який ілюструє принцип складання амплітуд, є експеримент, в якому три вузькоспрямовані антени синфазно працюють на одну прийомну, до якої підключений ватметр. Результат цього досвіду: потужність фіксується на приймальні антени в дев'ять разів більше ніж дає кожна передавальна антена окремо. На приймальній антені складаються амплітуди (три) від трьох передавальних антен, а потужність прийому пропорційна квадрату амплітуди. Тобто при додаванні трьох синфазних амплітуд потужність прийому зростає в дев'ять разів!

Слід зауважити, що інтерференції в повітрі (вакуумі) є багатофазної, по ряду ознак відрізняється від інтерференції в фідерних лініях, об'ємних резонаторах, стоячих хвильах в котушках і ін. В так званої, класичної картині інтерференції спостерігається як додавання, так і віднімання амплітуд електромагнітного поля. Тому, в цілому, при багатофазної інтерференції порушення закону збереження енергії носить локальний характер. У резонаторі або при наявності стоячих хвиль в фідерних лініях, накладення електромагнітних хвиль не супроводжується перерозподілом електромагнітного поля в просторі. При цьому в чверть і напівхвильових резонаторах відбувається тільки складання амплітуд полів. Енергія складених в одному обсязі хвиль відбувається енергію минулий від генератора в резонатор.

Експериментальні дослідження повністю підтверджують теорію трансгенераціі. З практики СВЧ відомо, що навіть при звичайному електричному пробої в фідерних лініях потужність перевершує потужність подається від генератора. Наприклад хвилевід, розрахований на потужність СВЧ 100 МВт, пробивається складанням двох СВЧ потужності по 25 МВт кожна, - при складанні двох зустрічних хвиль НВЧ в волноводе. Це може статися при відображенні потужності СВЧ від кінця лінії.

Розроблено ряд оригінальних принципових схем для генерації енергії з використанням різних типів інтерференції. Основний діапазон частот - це метровий і дециметровий (СВЧ), аж до сантиметрового. На основі трансгенераціі можна створити компактні автономні джерела електроенергії.

КОТУШКИ електромагнітів

Котушка є одним з головних елементів електромагніту і повинна відповідати таким основним вимогам:

1) забезпечувати надійне включення електромагніта при найгірших умовах, тобто в нагрітому стані і при зниженій напрузі;

2) не перегріватися понад допустимої температури при всіх можливих режимах, т. Е. При підвищеній напрузі;

3) при мінімальних розмірах бути зручною для виробництва;

4) бути механічно міцною;

5) мати певний рівень ізоляції, а в деяких апаратах бути волого, кислотно і маслостойкой.

У процесі роботи в котушці виникає напруга: механічні - за рахунок електродинамічних сил в витках і між витками, особливо при змінному струмі; термічні - за рахунок нерівномірного нагрівання окремих її частин; електричні - за рахунок перенапруг, зокрема при відключенні.

При розрахунку котушки необхідно виконати дві умови. Перше - забезпечити необхідну МДС при гарячої котушці і зниженій напрузі. Друге - температура нагріву котушки при цьому не повинна перевищувати допустиму.

В результаті розрахунку повинні бути визначені наступні величини, необхідні для намотування: d - діаметр дроту обраної марки; w - число витків; R - опір котушки.

За конструктивним виконанням розрізняють котушки: каркасні - намотування здійснена на металевому або пластмасовому каркасі; безкаркасні бандажірованного - намотування проводиться на знімному шаблоні, після намотування котушка Бандажуються; безкаркасні з намотуванням на сердечник магнітної системи.

постійний магніт являє собою шматок стали або будь-якого іншого твердого сплаву, який, будучи намагнічений, стійко зберігає, запасені частина магнітної енергії. Призначення магніту - служити джерелом магнітного поля, не мінливих помітно ні з часом, ні під впливом таких чинників, як струсу, зміна температури, зовнішні, магнітні поля. Постійні магніти застосовуються в різноманітних пристроях і приладах: реле, приладах, контакторах, електричних машинах.

Розрізняють такі основні групи сплавів для постійних магнітів:

2) сплави на основі сталі - нікелю - алюмінію з додаванням в деяких випадках кобальту, силіцію: альні (Fe, Al, Ni), альнісі (Fe, Al, Ni, Si), магнико (Fe, Ni, Al, Co);

3) сплави на основі срібла, міді, кобальту.

Величинами, що характеризують постійний магніт, є залишкова індукція В r і коерцитивної сила Н c. Для визначення магнітних характеристик готових магнітів користуються кривими розмагнічування (рис. 7-14), що представляють собою залежність В = f(– H). Крива знімається для кільця, яке спочатку намагничивается до індукції насичення, а потім розмагнічується до В = 0.

Потік в повітряному зазорі.Для використання енергії магніту необхідно виготовити його з повітряним зазором. Складова МДС, що витрачається постійним магнітом на проведення потоку в повітряному зазорі, називається вільної МДС.

Наявність повітряного зазору δ знижує індукцію в магніті від В r до В (Рис. 7-14) аналогічно тому, як якби по котушці, одягненою на кільце, пропустили розмагнічує струм, що створює напруженість H. Це міркування покладено в основу наведеного нижче способу обчислення потоку в повітряному зазорі магніту.

При відсутності зазору вся МДС витрачається на проведення потоку через магніт:

де l μ - довжина магніту.

При наявності повітряного зазору частина МДС F δ буде витрачатися на проведення потоку через цей зазор:

F \u003d F μ + F δ (7-35)

Припустимо, що ми створили таку розмагнічувати напруженість магнітного поля Н, що

Н l μ = F δ (7-36)

і індукція при цьому стала В.

При відсутності розсіювання потік в магніті дорівнює потоку в повітряному зазорі

Bs μ = F δ Λ δ = Λ l μ Λ δ, (7-37)

де s μ - перетин магніту; Λ δ \u003d μ 0 s δ / δ; μ 0 - магнітна проникність повітряного зазору.

З рис. 7-14 випливає, що

B / H \u003dl μ Λ δ / s μ \u003d Tg α (7-38)

Мал. 7-14. криві розмагнічування

Таким чином, знаючи дані про матеріал магніту (у вигляді кривої розмагнічування), розміри магніту l μ , s μ і розміри зазору δ, s δ, можна, користуючись рівнянням (7-38), обчислити потік в зазорі. Для цього слід провести на діаграмі (рис. 7-14) пряму Ob під кутом α. відрізок bс визначає індукцію В магніту. Звідси потік в повітряному зазорі буде

При визначенні tg α враховуються масштаби осі ординат і абсцис:

де р \u003d n / m - відношення масштабів осей В і H.

З урахуванням розсіювання потік Ф δ визначається наступним чином.

проводять пряму Ob під кутом α, де tg α \u003d\u003d Λ δ l μ ( ps μ). отримане значення В характеризує індукцію в середньому перетині магніту. Потік в середньому перетині магніту

Потік в повітряному зазорі

де σ - коефіцієнт розсіювання. Індукція в робочому зазорі

Прямі магніти.Вираз (7-42) дає рішення задачі для магнітів замкнутої форми, де провідності повітряних зазорів можуть бути обчислені з достатньою для практичних цілей точністю. Для прямих магнітів завдання обчислення провідностей потоку розсіювання дуже важка. Потік обчислюється за допомогою досвідчених залежностей, що пов'язують напруженість поля магніту з розмірами магніту.

Вільна магнітна енергія. Це та енергія, яку віддає магніт в повітряних зазорах. При розрахунку постійних магнітів, виборі матеріалу і необхідних співвідношень розмірів прагнуть до максимального використання матеріалу магніту, що зводиться до отримання максимального значення вільної магнітної енергії.

Магнітна енергія, зосереджена в повітряному зазорі, пропорційна твору потоку в зазорі і МДС:

Враховуючи що

отримуємо

де V- об'єм магніту. Матеріал магніту характеризується магнітною енергією, віднесеної до одиниці його обсягу.

Мал. 7-15. До визначення магнітної енергії магніту

Користуючись кривою розмагнічування, можна побудувати криву W м \u003d f(В) при V \u003d 1 (рис. 7-15). крива W м \u003d f(В) Має максимум при якихось значних В і H, Які позначимо В 0 і H 0. Практично застосовується спосіб знаходження В 0 і H 0 без побудови кривої W м \u003d f(В). Точка перетину діагоналі чотирикутника, сторони якого рівні В r і Н c, з кривою розмагнічування досить близько відповідає значенням В 0 , Н 0. Залишкова індукція В r коливається у відносно малих межах (1-2,5), а коерцитивної сила Н c - у великих (1 - 20). Тому розрізняють матеріали: низькокоерцитивною, у яких W м мале (крива 2), висококоерцитівниє, у яких W м велике (крива 1 ).

криві повернення. В процесі роботи може змінюватися повітряний зазор. Припустимо, що до введення якоря індукція була B 1 tg a 1. При введенні якоря зазор δ змінюється, і такого стану системи відповідає кут а 2; (Рис. 7-16) і велика індукція. Однак збільшення індукції відбувається не по кривій розмагнічування, а по деякій іншій кривій b 1 cd, Названої кривої повернення. При повному замиканні (δ \u003d 0) ми мали б індукцію B 2. При зміні зазору в зворотному напрямку індукція змінюється по кривій dfb 1. криві повернення b 1 cd і dfb 1 є кривими приватних циклів намагнічування і розмагнічування. Ширина петлі зазвичай невелика, і петлю можна замінити прямий b 1 d. ставлення Δ В/Δ Н називається оборотною проникністю магніту.

старіння магнітів. Під старінням розуміють явище зменшення магнітного потоку магніту з плином часу. Це явище визначається рядом причин, що перераховуються нижче.

Структурний старіння.Матеріал магніту після гарту або відливання має нерівномірну структуру. Згодом ця нерівномірність переходить в більш стабільний стан, що призводить до зміни значень В і Н.

Механічне старіння.Відбувається внаслідок ударів, поштовхів, вібрацій і впливу високих температур, які послаблюють потік магніту.

Магнітне старіння.Визначається впливом зовнішніх магнітних полів.

Стабілізація магнітів.Всякий магніт перед установкою його в апарат повинен бути підданий додатковому процесу стабілізації, після якого збільшується опірність магніту зменшення потоку.

Структурна стабілізація.Полягає в додатковій термічній обробці, яка проводиться до намагнічування магніту (кип'ятіння загартованого магніту протягом 4 годин після гарту). Сплави на основі сталі, нікелю та алюмінію не вимагають структурної стабілізації.

Механічна стабілізація.Намагнічений магніт піддається перед установкою в апарат ударам, струсів, вібрації в умовах, близьких до режиму роботи.

Магнітна стабілізація.Намагнічений магніт піддають дії зовнішніх полів змінного знаку, після чого магніт стає більш стійким до впливу зовнішніх полів, до температурних і механічних впливів.

ГЛАВА 8 ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ МЕХАНІЗМИ

Щоб зрозуміти, як збільшити силу магніту, потрібно розібратися в процесі намагнічування. Це станеться, якщо магніт розташувати в зовнішньому магнітному полі протилежною стороною до вихідної. Збільшення ж потужності електромагніту відбувається тоді, коли збільшується подача струму або множаться витки обмотки.

Збільшити силу магніту можна за допомогою стандартного набору необхідного обладнання: клею, набору магнітів (потрібні саме постійні), джерела струму і ізольованого проводу. Вони знадобляться для здійснення тих способів збільшення сили магніту, які представлені нижче.

Посилення за допомогою більш потужного магніту

Цей спосіб полягає у використанні більш потужного магніту для посилення вихідного. Для здійснення треба помістити один магніт в зовнішнє магнітне поле іншого, що володіє більшою потужністю. Також з цією ж метою застосовують електромагніти. Після утримання магніту в полі іншого, відбудеться посилення, але специфіка полягає в непередбачуваності результатів, оскільки для кожного елемента така процедура буде працювати індивідуально.

Посилення за допомогою додавання інших магнітів

Відомо, що кожен магніт має два полюси, причому кожен притягує протилежну знак інших магнітів, а відповідний - не притягає, лише відштовхує. Як збільшити потужність магніту, використовуючи клей і додаткові магніти. Тут передбачається додавання інших магнітів з метою збільшення підсумкової потужності. Адже, чим більше магнітів, тим, відповідно, буде більше сила. Єдине, що потрібно врахувати, - це приєднання магнітів однойменними полюсами. В процесі вони будуть відштовхуватися, згідно із законами фізики. Але завдання полягає в склеюванні, незважаючи на складності в фізичному плані. Краще використовувати клей, який призначений для склеювання металів.

Метод посилення з використанням точки Кюрі

У науці є поняття точки Кюрі. Посилення або ослаблення магніту можна зробити, нагріваючи або охолоджуючи його щодо самої цієї точки. Так, нагрівання вище точки Кюрі або сильне охолодження (набагато нижче неї) призведе до розмагнічування.

Треба зауважити, що властивості магніту при нагріванні і охолодженні щодо точки Кюрі мають стрибкоподібне властивість, тобто, домігшись правильної температури можна посилити його потужність.

метод №1

Якщо виникло питання, як зробити магніт сильніше, якщо його сила регулюється електричним струмом, то зробити це можна за допомогою збільшення струму, який подається на обмотку. Тут йде пропорційне збільшення потужності електромагніту і подачі струму. Головне, ⸺ поступова подача, щоб не допустити перегорання.

метод №2

Для здійснення цього методу треба збільшити кількість витків, але довжина повинна залишатися незмінною. Тобто, можна зробити один-два додаткових ряду дроти, щоб загальна кількість витків стало більше.

У цьому розділі розглянуто способи, як збільшити силу магніту в домашніх умовах, для експериментів можна замовити на сайті МірМагнітов.

Посилення звичайного магніту

Безліч питань виникає, коли звичайні магніти перестають виконувати свої прямі функції. Це часто відбувається через те, що побутові магніти такими не є, адже, по суті, вони намагнічені металеві частини, які втрачають властивості з плином часу. Посилити потужність таких деталей або повернути їм властивості, які були спочатку, неможливо.

Треба зауважити, що прикріплювати до них магніти, навіть більш потужні, не має сенсу, оскільки, за її поєднанні зворотними полюсами, зовнішнє поле стає набагато слабкіше або взагалі нейтралізується.

Це можна перевірити за допомогою звичайної побутової фіранки-москіткі, яка повинна закриватися посередині за допомогою магнітів. Якщо на слабкі вихідні магніти зверху прикріпити більш потужні, то в результаті штора взагалі втратить властивості з'єднання за допомогою тяжіння, тому що протилежні полюси нейтралізують зовнішні поля один одного на кожній зі сторін.

Експерименти з неодимовими магнітами

Неомагніт досить популярний, його склад: неодим, бор, залізо. Такий магніт має високу потужність і відрізняється стійкістю до розмагнічування.

Як посилити неодим? Неодім дуже схильний до корозії, тобто швидко іржавіє, тому неодимові магніти покривають нікелем, щоб підвищити термін служби. Також вони нагадують кераміку, їх легко розбити або розколоти.

Але намагатися збільшувати його потужність штучним способом немає сенсу, тому що це постійний магніт, він має певний для себе рівень сили. Тому, якщо вам необхідно мати більш потужний неодим, краще придбати його, враховуючи потрібну силу нового.

Висновок: в статті розглянута тема, як збільшити силу магніту, в тому числі, як збільшити потужність неодимового магніту. Виходить, що існує кілька способів збільшити властивості магніту. Тому що буває просто намагнічений метал, збільшити силу якого неможливо.

Найбільш прості способи: за допомогою клею і інших магнітиків (вони повинні бути приклеєні ідентичними полюсами), а також - більш потужного, в зовнішньому полі якого повинен знаходиться вихідний магніт.

Розглянуто способи збільшення сили електромагніта, які полягають в додатковій обмотці проводами або посиленні надходження струму. Єдине, що потрібно враховувати - це силу надходження струму в цілях безпеки і збереження апарату.

Звичайні і неодимові магніти не здатні піддаватися на збільшення власної потужності.

а) Загальні відомості.Для створення постійного магнітного поля в цілому ряді електричних апаратів використовуються постійні магніти, які виготовляються з магнітно-твердих матеріалів, що мають широку петлю гістерезису (рис.5.6).

Робота постійного магніту відбувається на ділянці від H \u003d 0до H \u003d - Н с.Ця частина петлі називається кривою розмагнічування.

Розглянемо основні співвідношення в постійному магніті, що має форму тороїда з одним малим зазором б (Рис.5.6). Завдяки формі тороида і невеликого зазору потоками розсіювання в такому магніті можна знехтувати. Якщо зазор малий, то магнітне поле в ньому можна вважати однорідним.

Рис.5.6. Крива розмагнічування постійного магніту

Якщо знехтувати випинання, то індукції в зазорі В &і всередині магніту Воднакові.

На підставі закону повного струму при інтегруванні по замкнутому контуру 1231 мал. отримаємо:

Рис.5.7. Постійний магніт, що має форму тороїда

Таким чином, напруженість поля в зазорі спрямована зустрічно напруженості в тілі магніту. Для електромагніту постійного струму, що має аналогічну форму магнітного ланцюга, не враховуючи насичення можна написати:.

Порівнюючи можна бачити, що у випадку з постійним магнітом н. с, що створює потік в робочому зазорі, є твір напруженості в тілі магніту на його довжину з протилежним знаком - Hl.

Скориставшись тим, що

, (5.29)

, (5.30)

де S-площа полюса; - провідність повітряного зазору.

Рівняння є рівняння прямої, що проходить через початок координат у другому квадраті під кутом а до осі Н. З урахуванням масштабу індукції т ві напруженості т нкут а визначається рівністю

Так як індукція і напруженість магнітного поля в тілі постійного магніту пов'язані кривої розмагнічування, то перетин зазначеної прямий з кривою розмагнічування (точка Ана рис.5.6) і визначає стан сердечника при заданому проміжку.

При замкнутому ланцюзі і

З ростом б провідність робочого зазору і tga зменшуються, індукція в робочому зазорі падає, а напруженість поля всередині магніту збільшується.

Однією з важливих характеристик постійного магніту є енергія магнітного поля в робочому зазорі W t.З огляду на, що поле в зазорі однорідно,

підставляючи значення Н ьотримаємо:

, (5.35)

де V M - обсяг тіла магніту.

Таким чином, енергія в робочому зазорі дорівнює енергії всередині магніту.

залежність твори В (Н) в функції індукції показана на рис.5.6. Очевидно, що для точки С, в якій В (Н) досягає максимального значення, енергія в повітряному зазорі також досягає найбільшої величини, і з точки зору використання постійного магніту ця точка є оптимальною. Можна показати, що точка С, що відповідає максимуму твори, є точка перетину з кривою розмагнічування променя Про К,проведеного через точку з координатами і.

Розглянемо більш докладно вплив зазору б на величину індукції В(Рис.5.6). Якщо намагнічування магніту вироблялося при зазорі б, То після зняття зовнішнього поля в тілі магніту встановиться індукція, відповідна точці А.Положення цієї точки визначається зазором б.

Зменшимо зазор до значення , тоді

. (5.36)

При зменшенні зазору індукція в тілі магніту зростає, однак процес зміни індукції йде не по кривій розмагнічування, а по гілці приватної петлі гистерезиса AMD.індукція В 1 визначається точкою перетину цієї гілки з променем, проведеним під кутом до осі - Н(крапка D).

Якщо ми знову збільшимо зазор до значення б, То індукція буде падати до значення В,причому залежність В (Н) буде визначатися гілкою DNAприватної петлі гистерезиса. Зазвичай приватна петля гистерезиса AMDNAдосить вузька і її замінюють прямий AD,яку називають прямою повернення. Нахил до горизонтальної осі (+ Н) цієї прямої називається коефіцієнтом повернення:

. (5.37)

Характеристика розмагнічування матеріалу зазвичай не наводиться повністю, а задаються тільки величини індукції насичення B s,залишкової індукції В г,коерцитивної сили Н с. Для розрахунку магніту необхідно знати всю криву розмагнічування, яка для більшості магнітно-твердих матеріалів добре апроксимується формулою

Крива розмагнічування, що виражається (5.30), може бути легко побудована графічно, якщо відомі B s, В r.

б) Визначення потоку в робочому зазорі для заданої магнітного ланцюга. У реальній системі з постійним магнітом потік в робочому зазорі відрізняється від потоку в нейтральному перетині (середині магніту) через наявність потоків розсіювання і випинання (рис.).

Потік в нейтральному перетині дорівнює:

, (5.39)

де потік в нейтральному перерізі;

Потік витріщення біля полюсів;

Потік розсіювання;

Робочий потік.

Коефіцієнт розсіювання про визначається рівністю

Якщо прийняти, що потоки створюються однією і тією ж різницею магнітних потенціалів, то

. (5.41)

Індукцію в нейтральному перетині знайдемо, визначивши:

,

і скориставшись кривої розмагнічування рис.5.6. Індукція в робочому зазорі дорівнює:

оскільки потік в робочому зазорі в раз менше, ніж потік в нейтральному перерізі.

Дуже часто намагнічування системи відбувається в незібраному стані, коли провідність робочого зазору зменшена через відсутність деталей з феромагнітного матеріалу. У цьому випадку розрахунок ведеться з використанням прямої повернення. Якщо потоки розсіювання значні, то розрахунок рекомендується вести по ділянках, так само як і в разі електромагніту.

Потоки розсіювання в постійних магнітах грають значно більшу роль, ніж в електромагнітах. Справа в тому, що магнітна проникність магнітно-твердих матеріалів значно нижче, ніж у магнітно-м'яких, з яких виготовляються системи для електромагнітів. Потоки розсіювання викликають значне падіння магнітного потенціалу вздовж постійного магніту і зменшують н. с, а отже, і потік в робочому зазорі.

Коефіцієнт розсіювання виконаних систем коливається в досить широких межах. Розрахунок коефіцієнта розсіювання і потоків розсіювання пов'язаний з великими труднощами. Тому при розробці нової конструкції величину коефіцієнта розсіювання рекомендується визначити на спеціальній моделі, в якій постійний магніт замінений електромагнітом. Намагнічує обмотка вибирається такий, щоб отримати в робочому зазорі необхідний потік.

Ріс.5.8. Магнітного ланцюга з постійним магнітом і потоками розсіювання і випинання

в) Визначення розмірів магніту по необхідної індукції в робочому зазорі. Це завдання є ще більш важкою, ніж визначення потоку при відомих розмірах. При виборі розмірів магнітного ланцюга зазвичай прагнуть до того, щоб індукція У 0і напруженість Н 0в нейтральному перетині відповідали максимального значення твору Н 0 В 0.При цьому обсяг магніту буде мінімальним. Даються такі рекомендації по вибору матеріалів. Якщо потрібно при великих зазорах отримати велике значення індукції, то найбільш підходящим матеріалом є магнико. Якщо при великому зазорі необхідно створити невеликі індукції, то можна рекомендувати альнісі. При малих робочих зазорах і великому значенні індукції доцільно застосування альні.

Перетин магніту вибирається з таких міркувань. Індукція в нейтральному перетині вибирається рівної У 0.Тоді потік в нейтральному перетині

,

звідки перетин магніту

.
Величини індукції в робочому зазорі У рі площа полюса є заданими величинами. Найбільш важким є визначення значення коефіцієнта розсіювання.Величина його залежить від конструкції і індукції в осерді. Якщо перетин магніту вийшло великим, то застосовують кілька магнітів, включених паралельно. Довжина магніту визначається з умови створення необхідної н.с. в робочому зазорі при напруженості в тілі магніту Н 0:

де б р - величина робочого зазору.

Після вибору основних розмірів і конструювання магніту проводиться перевірочний розрахунок за методикою, описаної раніше.

г) Стабілізація характеристик магніту. В процесі роботи магніту спостерігається зменшення потоку в робочому зазорі системи - старіння магніту. Розрізняють структурний, механічне і магнітне старіння.

Структурний старіння настає внаслідок того, що після гарту матеріалу в ньому виникає внутрішня напруга, матеріал набуває неоднорідну структуру. В процесі роботи матеріал стає більш однорідним, внутрішня напруга зникають. При цьому залишкова індукція У ті коерцитивної сила Н ззменшуються. Для боротьби зі структурним старінням матеріал піддається термообробці у вигляді відпустки. При цьому внутрішні напруги в матеріалі зникають. Його характеристики стають більш стабільними. Алюмінієво-нікелеві сплави (альні і ін.) Не вимагають структурної стабілізації.

Механічне старіння настає при ударах і вібраціях магніту. Для того щоб зробити магніт нечутливим до механічних впливів, його піддають штучному старінню. Зразки магніту перед установкою в апарат піддаються таким ударам і вібрації, які мають місце в експлуатації.

Магнітне старіння - зміна властивостей матеріалу під дією зовнішніх магнітних полів. Позитивне зовнішнє поле збільшує індукцію по прямій віз врата, а негативне знижує її по кривій розмагнічування. Для того щоб зробити магніт більш стабільним, його піддають дії розмагнічуючого поля, після чого магніт працює на прямий повернення. Через меншу крутизни прямий повернення вплив зовнішніх полів зменшується. При розрахунку магнітних систем з постійними магнітами необхідно враховувати, що в процесі стабілізації магнітний потік зменшується на 10-15%.

Зараз поясню: По життю так уже повелося, що особливо сильно не можна, - то особливо (просто жах, як) і хочеться ... А справа тут в наступному. Якийсь рок долі навис над «постояннікамі», аура таємниці і недомовленості. Все фізики (дядьки і тітки різні) в постійних магнітах абсолютно не рубають (перевірено неодноразово, особисто), і все, напевно, тому, що у всіх підручниках фізики цей питаннячко обходиться стороною. Електромагнетизм - це так, це, будь ласка, а ось про постоянніках ні слова ...

Подивимося, що можна вичавити з найрозумнішою книжки «І.В.Савельев. Курс загальної фізики. Том 2. Електрика і магнетизм », - крутіше цієї макулатури, ви навряд чи зможете щось відкопати. Значить так, в 1820 році якийсь чувак під прізвищем Ерстед замутив досвід з провідником, і поруч стоїть з ним компасної стрілкою. Пускаючи електричний струм по провіднику в різних напрямках, він переконався в тому, що стрілка чітко зорієнтується зрозуміло з чим. З досвіду баклан зробив висновок, що магнітне поле має спрямований характер. У більш пізній час з'ясували (цікаво, як?), Що магнітне поле на відміну від електричного не робить дії на спочивають заряд. Сила виникає лише тоді, коли заряд рухається (візьмемо на замітку). Рухомі заряди (струми) змінюють властивості оточуючого їх простору і створюють в ньому магнітне поле. Тобто це означає, що магнітне поле породжується рухомими зарядами.

Ось бачите, все далі в електрику ухиляємося. Адже в магніті-то ні фіга не рухається і ток в ньому не тече. Ось, що з цього приводу сморозил Ампер: він припустив, що в молекулах речовини циркулюють кругові струми (молекулярні струми). Кожен такий струм має магнітним моментом і створює в навколишньому просторі магнітне поле. Під час відсутності зовнішнього поля молекулярні струми орієнтовані безладним чином, внаслідок чого обумовлене ними результуюче поле дорівнює нулю (прикольно, да?). Але цього мало: В силу хаотичної орієнтації магнітних моментів окремих молекул сумарний магнітний момент тіла також дорівнює нулю. - Відчуваєте, як єресь все міцнішає і міцнішає? ? Під дією поля магнітні моменти молекул здобувають переважну орієнтацію в одному напрямку, внаслідок чого магнетик намагничивается - його сумарний магнітний момент стає відмінним від нуля. Магнітні поля окремих молекулярних струмів в цьому випадку вже не компенсують один одного і виникає поле. Ура!

Ну, яке ?! - Виявляється матеріал магнетика весь час намагнічений (!), Тільки хаотично. Тобто, якщо почати ділити великий шматок на більш маленькі, і діставшись до самих мікро-прі-мікро дребеней, отримаємо таки нормально працюють магніти (намагнічені) без якого б то не було намагнічування !!! - Ось, адже марення.

Невелика довідка, так, для загального розвитку: Намагнічення магнетика характеризується магнітним моментом одиниці об'єму. Цю величину називають намагніченістю і позначають буквою «J».

Продовжимо наше занурення. Трошки з електрики: А ви знаєте, що лінії магнітної індукції поля прямого струму представляють собою систему охоплюють провід концентричних кіл? Ні? - Тепер знайте, але не вірте. По-простому якщо сказати, то уявіть парасольку. Ручка парасольки цей напрямок струму, а ось край самого парасольки (наприклад), тобто окружність - це, типу, лінія магнітної індукції. Причому починається така лінія з повітря, і закінчується, зрозуміло, теж ніде! - Ви собі цю маячню фізично уявляєте? Під цю справу підписали цілих трьох мужиків: закон Біо-Савара-Лапласа називається. Вся запарка йде від того, що десь неправильно представили саму сутність поля, - чому воно з'являється, що воно є, власне, де починається, куди і як поширюється.

Навіть в абсолютно простих речах вони (ці злісні фізики) морочать всім голови: Спрямованість магнітного поля характеризують векторною величиною ( «В» - вимірюється в теслах). Логічно б було по аналогії з напруженістю електричного поля «Е» назвати «В» напруженістю магнітного поля (типу, функції у них схожі). Однак (увага!) Основну силову характеристику магнітного поля назвали магнітною індукцією ... Але і цього їм здалося мало, і щоб остаточно все заплутати, назва «напруженість магнітного поля» присвоїли допоміжної величиною «Н», аналогічної допоміжної характеристиці «D» електричного поля. Яке ...

Далі з'ясовуючи силу Лоренца, приходять до висновку, що магнітна сила слабкіше кулоновской на множник, рівний квадрату відносини швидкості заряду до швидкості світла (тобто магнітна складова сили менше електричної складової). Таким чином приписуючи магнітним взаємодій релятивістський ефект !!! Для зовсім маленьких поясню: Жив на початку століття дядько Ейнштейн і придумав він теорію відносності, прив'язавши всі процеси до швидкості світла (найчистіший марення). Тобто, якщо розігнатися до швидкості світла, то час зупиниться, а якщо перевищити її, то піде назад ... Всім вже давно зрозуміло, що це була просто світова наколка жартівника Ейнштейна, і що все це, м'яко сказати, - неправда. Ось тепер ще й магніти з їх властивостями до цієї лабудятіне прикували, - за що ж їх так? ...

Ще маленька довідка: Пане Ампер вивів чудову формулу, і виявилося, що якщо до магніту піднести провід, ну або залізяку, яку, то магніт не проводити притягувати буде, а заряди, які рухаються по провіднику. Назвали це пафосно: «Закон Ампера»! Трошки не врахували, що якщо провідник до батарейці не підключено і ток по ньому не тече, то він все одно до магніту прилипає. Відмазку таку придумали, що, мовляв, заряди все одно є, тільки рухаються хаотично. Ось вони-то до магніту і липнуть. Цікаво, це ж звідки там, в мікрооб'ємах ЕРС береться, щоб ці заряди хаотично ковбасити. Це ж просто вічний двигун! Адже і не нагріваємо нічого, - енергією не накачуємо ... Або ось ще прикол: Наприклад, алюміній - теж метал, а ось зарядів у нього, чомусь, хаотичних немає. Ну не липне алюміній до магніту !!! ... або зроблений він з дерева ...

Ах да! Я ж ще не розповів, як спрямований вектор магнітної індукції (таке треба знати). Так ось, згадавши наш парасольку, уявімо, що по колу (край парасольки) ми пустили струм. В результаті цієї простенької операції вектор направлений нашою думкою в сторону ручки точно по центру палички. Якщо ж провідник зі струмом має неправильні обриси, то все пропало, - простота випаровується. З'являється додатковий векторок під назвою дипольний магнітний момент (у випадку з парасолькою він теж є, просто спрямований туди ж, куди і вектор магнітної індукції). Починається страшний расколбас в формулах, - всякі інтеграли по контуру, синуси-косинуси і т.д. - Кому треба, може сам поцікавитися. І ще варто згадати, що струм треба пускати за правилом правого гвинта, тобто за годинниковою стрілкою, тоді вектор буде від нас. Це пов'язано з поняттям позитивної нормалі. Гаразд, їдемо далі ...

Товариш Гаусс подумав маленько і вирішив, що відсутність в природі магнітних зарядів (насправді Дірак припустив, що вони є, тільки їх ще не виявили) призводить до того, що лінії вектора «В» не мають ні початку, ні кінця. Тому кількість перетинів, що виникають при виході ліній «В» з обсягу, обмеженого деякою поверхнею «S», завжди дорівнює числу перетинань, що виникають при вході ліній в цей обсяг. Отже, потік вектора магнітної індукції через будь-яку замкнену поверхню дорівнює нулю. Інтерпретуємо тепер все в нормальний російську мову: Будь-яка поверхня, як легко уявити, десь закінчується, і отже, є замкненою. «Рівний нулю» - це значить, що його немає. Робимо нескладний висновок: «Потоку ніколи ніде немає» !!! - Правда круто! (Насправді це означає тільки те, що потік рівномірний). Я думаю, що на цьому слід зупинитися, так як далі йдуть ТАКІ дребеня і глибину, що ... Такі штуки, як дивергенція, ротор, векторний потенціал глобально складні і навіть в цьому мега-праці розбираються в повному обсязі.

Тепер трохи про форму магнітного поля в провідниках зі струмом (як база для нашого подальшого розмови). Ця тема буває набагато туманніше, ніж ми звикли щось думати. Про прямий провідник я вже написав, - поле в формі тонкого циліндра вздовж провідника. Якщо намотати катушечки на циліндричній картонці і пустити струм, то поле у \u200b\u200bтакій конструкції (а називається вона розумно, - соленоїд) буде таким же, як і у аналогічного циліндричного магніту, тобто лінії виходять з торця магніту (або передбачуваного циліндра) і входять в інший торець, утворюючи в просторі подобу еліпсів. Чим довше котушка або магніт, тим більш плоскі і витягнуті еліпси виходять. У кільця з напругою прикольне поле: а саме у формі тора (уявіть поле прямого провідника згорнутого в калачик). З тороіде взагалі хохма (це тепер уже соленоїд, згорнутий в бублик), - у нього поза ним самого магнітної індукції немає (!). Якщо взяти нескінченно довгий соленоїд, - то та ж фігня. Тільки ми знаємо, що нескінченного нічого не буває, ось тому у соленоїда-то з торців і бризкає, фонтанує типу;))). А ще, - всередині соленоїда і тороїда поле є однорідним. ВО як.

Ну, що ще корисно знати? - Умови на кордоні двох магнетиків виглядають в точності, як промінь світла на межі двох середовищ (заломлюється і змінює свій напрямок), тільки у нас не промінь, а вектор магнітної індукції і різна магнітна проникність (а не оптична) наших магнетиков (середовищ). Або ось ще: маємо сердечник і катушечки на ньому (електромагніт, типу), як ви думаєте, де тусуються лінії магнітної індукції? - В основному зосереджені всередині сердечника, тому, що у нього магнітна проникність обалденная, ну і ще щільно так упаковані в повітряний зазор між сердечником і катушечки. Ось тільки в самій обмотці ні фіга немає. Тому бічною поверхнею котушки ви нічогісінько не прімагнітілась, - а тільки сердечником.

Хей, ви ще не заснули? Ні? Тоді продовжимо. Виявляється, всі матеріали в природі діляться не на два класи: магнітні і не магнітні, а на три (в залежності від знака і величини магнітної сприйнятливості): 1. Діамагнетик, у яких вона мала і негативна за величиною (коротше, практично нульова, і намагнітити їх ні за що не зможете), 2. Парамагнетики, у яких вона теж невелика але позитивна (теж близько нуля; намагнітити можна маленько, але ви це все одно не відчуєте, так що один фіг), 3. Феромагнетики, у яких вона позитивна і досягає просто гігантських значень (в 1010 разів більше ніж у парамагнетиков!), крім того у феромагнетиків сприйнятливість є функцією напруженості магнітного поля. Насправді є ще один вид речовин, - це діелектрики, у них зовсім зворотні властивості і вони нам не цікаві.

Нас, звичайно, цікавлять ферромагнетики, які називаються так через включень заліза (ферум). Залізо може бути замінено на аналогічні за властивостями хім. елементи: нікель, кобальт, гадоліній, їх сплави і сполуки, а також деякі сплави і сполуки марганцю і хрому. Вся ця байда з намагніченістю працює, тільки якщо речовина в кристалічному стані. (Намагніченість залишається завдяки ефекту під назвою «Петля гістерезису», - ну це ви все і так знаєте). Цікаво дізнатися, що існує якась «температура Кюрі», причому це не якась певна температура, а для кожного матеріалу своя, при перевищенні якої усі феромагнітні властивості зникають. Зовсім шалений дізнатися, що існують речовини і п'ятої групи, - називаються антиферомагнетики (ербій, діспоз, сплави марганцю і МІДІ !!!). У цих спец матеріалів є ще одна температура: «антиферомагнітна точка Кюрі» або «точка Нееля», - нижче якої стійкі властивості цього класу також зникають. (Вище верхньої точки речовина поводиться, як парамагнетик, а при температурах, менших нижньої точки Нееля, стає феромагнетиком).

Я чому це все так спокійно розповідаю? - Звертаю вашу увагу, що я ніколи не говорив, що хімія неправильна наука (тільки фізика), - а це чистісінька хімія. Уявіть собі: берете мідь, охолоджуєте її нехило, намагнічуватися, - і у вас в руках (в рукавицях? Лежить магніт. А адже мідь щось не магнітна !!! - Правда, кльово.

Ще нам з цієї книжки можуть знадобитися парочка речей чисто електромагнітних, для створення альтернатора, наприклад. Явище номер 1: У 1831 році Фарадей виявив, що в замкнутому провідному контурі при зміні потоку магнітної індукції через поверхню, обмежену цим контуром, виникає електричний струм. Це явище називають електромагнітної індукції, а що виникає струм індукційним. А тепер найголовніше: Величина ЕРС індукції не залежить від способу, яким здійснюється зміна магнітного потоку, і визначається лише швидкістю зміни потоку! - Дозріває думка: Чим швидше крутиться ротор зі шторками, тим більшого значення досягає наведена ЕРС, і тим більше що знімається напруга з вторинної ланцюга альтернатора (з котушок). Правда, дядько Ленц напаскудив нам своїм «Правилом Ленца»: індукційний струм завжди спрямований так, щоб протидіяти причини, що його викликає. Пізніше поясню, як це справа в альтернатори (та й в інших моделях) обходиться.

Явище номер 2: Індукційні струми можуть порушуватися і в суцільних масивних провідниках. В цьому випадку їх називають струмами Фуко або вихровими струмами. Електричний опір масивного провідника мало, тому струми Фуко можуть досягати дуже великої сили. Відповідно до правила Ленца струми Фуко вибирають всередині провідника такі шляхи та напрямки, щоб своєю дією можливо сильніше противитися причини, яка їх викликає. Тому що рухаються в сильному магніті поле хороші провідники відчувають сильне гальмування, обумовлене взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Це треба знати і враховувати. Наприклад, в альтернатори, якщо зробити за загальноприйнятою неправильною схемою, то в рухомих шторках виникають струми Фуко, ну і гальмують процес, звичайно. Про це, на скільки я розумію, взагалі ніхто не замислювався. (Примітка: Єдиним винятком є \u200b\u200bуниполярная індукція, відкрита Фарадеєм і вдосконалена Теслой, при якій не виникає шкідливого впливу самоіндукції).

Явище номер 3: Електричний струм, поточний в будь-якому контурі, створює пронизливий цей контур магнітний потік. При змінах струму змінюється також і магнітний потік, внаслідок чого в контурі індукується ЕРС. Це явище називається самоіндукцією. У статті про альтернатори розповім і про це явище.

До речі, про токах Фуко. Можна провести один прикольний досвід. Легкий до неподобства. Візьмемо великий, товстий (товщиною не менше 2 мм) мідний або алюмінієвий лист і поставимо його під кутом до підлоги. Пустимо вільно ковзати вниз по його похилій поверхні «сильний» постійний магніт. І ... Дивно !!! Постійний магніт як ніби притягається до листу і ковзає помітно повільніше ніж, наприклад, по дерев'яній поверхні. Чому? Типу, «спеціаліст» відразу відповість - «В листовому провіднику, при русі магніту, виникають вихрові електричні струми (струми Фуко), які перешкоджають зміни магнітного поля, а, отже, і перешкоджають переміщенню постійного магніту уздовж поверхні провідника». Але задумаємося! Вихровий електричний струм, це вихровий рух електронів провідності. Що заважає вільному переміщенню вихору електронів провідності вздовж поверхні провідника? Інертна маса електронів провідності? Втрати енергії при зіткненні електронів з кристалічною решіткою провідника? Ні, цього не спостерігається, і взагалі бути не може. Так, що заважає вільному руху вихрових струмів уздовж провідника? Не знаєте? І ніхто відповісти не зможе, - тому, що вся фізика - брехня.

Тепер парочка цікавих думок з приводу сутності постійних магнітів. У машині Говарда Р. Джонсона, точніше в патентної документації до неї, висловлена \u200b\u200bось яка ідея: «Винахід відноситься до методу використання спинив непарних електронів в феромагнетику і інших матеріалах, які є джерелами магнітних полів, для виробництва потужності без потоку електронів, як це відбувається в звичайних електричних провідниках, і до моторів з постійними магнітами для використання даного методу при створенні джерела потужності. У практиці даного винаходу спини непарних електронів, що знаходяться всередині постійних магнітів, використовуються для того, щоб створити джерело рушійною потужності єдино шляхом надпровідних характеристик постійних магнітів і магнітного потоку, створеного магнітами, який управляється і концентрується таким чином, щоб орієнтувати магнітні сили для постійного виробництва корисної роботи, такої як зміщення ротора щодо статора ». Відзначимо, що Джонсон пише в своєму патенті про постійне магніті, як про систему зі «сверхпроводящими характеристиками»! Токи електронів в постійному магніті - прояв реальної надпровідності, для якої не потрібно система охолодження провідників, щоб забезпечити нульовий опір. Більш того, «опір» має бути негативним, щоб магніт міг зберігати і відновлювати своє намагнічене стан.

А що, ви думаєте, що все про «постоянніках» знаєте? Ось просте запитання: - А як виглядає картина силових ліній простого феромагнітного кільця (магніт від звичайного динаміка)? Чомусь, виключно всі вважають, що також, як і у будь-якого кільцевого провідника (а в книжках, природно, ні в однієї не намальовано). І ось тут то ви і помиляєтеся!

Насправді (див. Малюнок) в області, прилеглій до отвору кільця, з лініями відбувається щось незрозуміле. Замість того щоб безперервно пронизувати його, вони розходяться, окреслюючи фігуру, що нагадує туго набитий мішок. Він має, як би дві зав'язки - вгорі і внизу (особливі точки 1 і 2), - магнітне поле в них змінює напрямок.

Можна виконати класний досвід (типу, нормально не обгрунтований;), - піднесемо знизу до феритовому кільцю сталева кулька, а до його нижньої частини металеву гайку. Вона тут же притягнеться до нього (рис. А). Тут все зрозуміло - кулька, потрапивши в магнітне поле кільця, став магнітом. Далі будемо вносити кульку знизу вгору в кільце. Тут гайка відвалиться і впаде на стіл (рис. Б). Ось вона, нижня особлива точка! У ній змінився напрям поля, кулька став перемагнічуватися і перестав притягати гайку. Піднявши кульку вище особливої \u200b\u200bточки, гайку знову можна прімагнітілась до нього (рис. В). Цю приколку з магнітними лініями першим виявив М.Ф. Остриков.

P.S .: І на закінчення постараюся почётче сформулювати свою позицію по відношенню до сучасній фізиці. Я не проти досвідчених даних. Якщо піднесли магніт, і він притягнув залізяку, - значить притягнув. Якщо магнітний потік наводить ЕРС, - значить наводить. З цим не посперечаєшся. Але (!) Ось висновки, які роблять вчені, ... їх пояснення цих та інших процесів, часом просто смішні (м'яко сказати). І не часом, а частенько. Практично завжди…