Предыдущая статья: Электромагнитная индукция. Как создается это явление в пространстве? Часть 1.
В предыдущей статье мы рассмотрели, что происходит с ядрами атомов медного проводника, когда проводник находится в магнитное поле и неподвижен относительно магнита.
Силовые магнитные линии воздействуют на ядра атомов медного проводника, помещенного в магнитное поле. Они поворачивают ядра атомов проводника, изменяя их ориентацию на ориентацию ядер магнита. Магнитные линии становятся линиями уравновешивания сил между ядрами проводника и так же становятся линиями кристаллической решетки слоя ядер проводника.
Смотри рисунок «Рис. М3. Один слой проводника в магнитном поле».
На рисунке представлен один лист пространства, в котором между полюсами магнита находится один слой кристаллической решетки проводника. Лист пространства расположен горизонтально. Ядро каждого атома проводника находится в точке соединения трех сот 1, 2, 3 листа пространства.
Рассмотрим, что происходит с ядрами атомов медного проводника, если проводник поместить в магнитное поле и перемещать его горизонтально: вперед-назад или влево-вправо, но так, чтобы процессы происходили в одном листе пространства.
В отличие от предыдущего случая, рассмотренного в части 1 данной статьи, где проводник неподвижен относительно магнита, в этом случае на проводник производится внешнее воздействие, затрачивается внешняя механическая энергия на его движение.
Принудительно перемещаемый проводник изменяет свое положение относительно магнитных линий. Ядра проводника передвигаются в другие точки соединения трех сот листа пространства. Ядра, которые попадают под действия силовых линий, не пересекая силовых линий, скользят по ним: вдоль силовых линий – при движении влево-вправо, или через силовые линии – при движении вперед-назад. Эти ядра изменяют свою ориентацию на ориентацию ядер магнита и изменяют свое положение в листе.
Ядра проводника, которые находятся вне магнитного поля, имеют ориентацию листа пространства. Относительно сот ориентаций, эти ядра находятся в других точках соединения трех сот пространства, в отличие от ядер, находящихся в магнитном поле.
В результате в каждом листе пространства магнитное поле образует в проводнике область, в которой ядра атомов имеют ориентацию и положение в листе, отличающуюся от ориентации и положений остальных ядер проводника. Могут незначительно отличаться направление и степень закручивания ядер, а также угол наклона ядер в листе. Возникают небольшие деформации в кристаллической решетке проводника.
Так как ориентация сил каждого последующего листа пространства сдвинута на 60 градусов вправо, то углы деформации решетки в последующих листах изменяются, в сравнении с предыдущими листами. Они направлены в разные противоположные стороны и повторяются, компенсируя общую деформацию решетки в ядрах проводника, образуя незначительные «дрожания» ядер проводника.
Эти деформации нарушают равновесие сил в структуре ядер проводника. Силы сот листа пространства, находящиеся между такими ядрами, изменяют состояние своих электронов и уравновешивают напряжение между ядрами проводника. Эти процессы происходят в одном листе пространства и не затрагивают соседние листы.
Принудительные перемещения проводника вдоль листа и деформации в кристаллической структуре от действия магнитного поля являются дополнительными изменениями, произошедшими в листе. Они изменяют состояние ядер в последующем листе.
В последующих листах пространства изменяется местоположение проводника, перемещенного относительно магнита. Силы сот нового листа перемещают ядра проводника в те точки трех сот пространства, которые соответствуют перемещениям ядер в предыдущем листе, при этом затратив энергию, пропорциональную внешней энергии, затраченной при принудительном перемещении проводника.
Дополнительные деформации в решетках проводников от воздействия магнитного поля, увеличивают нулевые колебания ядер, возникающие при движении ядер через листы пространства. «Дрожание» ядер усиливается, но напряжение на концах проводника не возникает.
Таким образом, в рассмотренном случае ядра атомов проводника взаимодействуют с магнитными линиями только своего листа пространства. Силы, уравновешивают пространство с изменениями, произошедшими в листе, при этом, не создавая напряжения в структуре атомных решеток других листов пространства.
А что будет происходить с ядрами проводника, если проводник движется в магнитном поле и пересекает магнитные линии?
В проводнике ядра атомов располагаются слоями в виде кристаллической решетки. В каждом листе пространства находится один слой кристаллической решетки, в котором все ядра имеют одинаковую ориентацию, относительно своих сот ориентации. В каждом последующем листе ориентация ядер смещается на 60 градусов вправо. Соответственно в каждом предыдущем листе ориентация выглядит смещенной влево.
Рассмотрим процессы, происходящие в одном из слоев проводника, при движении проводника через силовые линии магнитного поля в последующие листы пространства, то есть вверх относительно магнита. Смотри, расположенный выше, упрощенный рисунок «Рис. М3. Один слой проводника в магнитном поле».
В этом случае на проводник производится внешнее воздействие, затрачивается внешняя механическая энергия на его движение вверх.
При принудительном движении проводника вверх все ядра проводника одновременно перемещаются в последующие листы пространства, ориентация сот в которых сдвинута на 60 градусов вправо.
Ядра атомов проводника, которые находятся вне магнитного поля, меняют ориентацию на 60 градусов вправо. То есть ядра, закручиваясь, перемещаются вправо вокруг своих сот ориентации в следующие точки соединения трех сот пространства.
Ядра атомов проводника, находящиеся в магнитном поле, двигаясь вверх, пересекают и сжимают силовые магнитные линии. Для перемещения этих ядер проводника через силовые линии требуется больше усилий.
Магнитные линии, смещаясь вверх, воздействуют на ядра атомов, пересекающих силовые линии. Они удерживают движение ядер, искривляя и изгибая линии кристаллических решеток вдоль силовых линий и линий ориентаций ядер, наклоняя ядра атомов, тем самым изменяя их положение в проводнике.
Одновременно силовые линии тормозят закручивание ядер и удерживают в ядрах прежнюю ориентацию, ориентацию ядер магнита, не давая им принять ориентацию нового листа. Уменьшается степень закручивания этих ядер вправо.
Таким образом, в той части проводника, которая находится в магнитном поле, создается область, в которой неравномерно искривлена кристаллическая решетка, ядра атомов наклонены и развернуты левее остальных ядер проводника, имеющих ориентацию нового листа и развернутых на 60 градусов вправо.
В результате этого, состояние ядер в листе значительно отличаются от их состояния в предыдущем листе. Эта разница остается в состоянии ядер в последующем листе.
Не совпадающие ориентации и положения ядер в проводнике сильно изгибают и искривляют его кристаллическую решетку, создавая напряжение в структуре вдоль проводника вправо. Нарушается равновесие сил в кристаллической решетке. Силы всех сот, разделяющих ядра атомов вдоль проводника, изменяя состояние своих электронов, не могут уравновесить возникшие деформации внутри проводника.
На концах проводника появляется ЭДС индукции. ЭДС индукции это напряженное неуравновешенное состояние ядер атомов в кристаллической структуре проводника. Величина ЭДС – это степень искривления кристаллической решетки ядер проводника.
Если замкнуть концы проводника, то по проводнику потечет электрический ток в направлении вправо, по часовой стрелке, «от нас», в сторону последующих листов пространства. Медь – пластичный металл. Недостаточно закрученные вправо до ориентации листа, развернутые левее, ядра атомов изменяют ориентацию, поворачиваясь вправо. То есть, электрический ток идет вправо, чтобы докрутить все ядра проводника до ориентации листа пространства.
Происходит уравновешивание сил в структуре проводника. Убирается деформация кристаллической решетки. Силы сот листа уравновешивают ядра атомов, находящиеся в листе, в соответствие с ориентацией листа. Восстанавливается положение ядер. Выравнивается напряжение в кристаллической решетке проводника, восстанавливается ее структура.
Электрический ток - это процесс уравновешивания напряженностей сил внутри проводника вдоль проводника.
Если постоянно изменять скорость движения проводника, то изменяется степень воздействия силовых магнитных линий на ядра проводника, находящихся в магнитном поле. Чем выше скорость, тем выше индуктированная ЭДС.
Если концы проводника оставить разомкнутыми, то постепенно, при движении проводника из листа в лист пространства, деформация кристаллической решетки выравнивается, внутренняя структура проводника уравновешивается, ЭДС исчезает.
Далее рассмотрим процессы, происходящие в одном из слоев проводника, при движении проводника через силовые линии магнитного поля в предыдущие листы пространства, то есть вниз относительно магнита. Смотри рисунок «Рис. М3. Один слой проводника в магнитном поле».
При принудительном движении проводника вниз все ядра проводника одновременно перемещаются в предыдущие листы пространства, ориентация сот в которых сдвинута на 60 градусов влево.
При этом ядра атомов проводника, которые находятся вне магнитного поля, меняют ориентацию на 60 градусов влево. То есть ядра, закручиваясь, перемещаются влево вокруг своих сот ориентации в следующие точки соединения трех сот пространства.
Ядра атомов проводника, находящиеся в магнитном поле, двигаясь вниз, пересекают и сжимают силовые магнитные линии. Магнитные линии, смещаясь вниз, воздействуют на ядра атомов.
Они тормозят движение ядер, смещают, изгибают линии кристаллических решеток и линии ориентаций ядер, наклоняя ядра атомов и изменяя их положение в кристаллических решетках проводника. При этом удерживая ориентации ядер проводника в положениях, соответствующим ориентациям ядер магнита, тем самым уменьшая степень закручивания ядер влево.
В результате этого состояние ядер в последующем листе значительно отличаются от их состояния в предыдущем листе. Разница остается в состоянии ядер в последующем листе.
В новом листе пространства в той части проводника, которая находится в магнитном поле, ядра атомов развернуты правее остальных ядер проводника, которые имеют ориентацию нового листа и развернуты на 60 градусов влево. Кроме этого в этой части проводника линии кристаллической решетки искривлены, наклонены, и наклонены ядра атомов.
Не совпадающая ориентация и положение ядер в проводнике, а так же искривление его кристаллической решетки создают напряжение в структуре проводника, в направлении влево вдоль проводника. Нарушается равновесие сил в кристаллической решетке. Силы всех сот, разделяющих ядра атомов вдоль проводника, изменяя состояние своих электронов, не могут уравновесить возникшие деформации внутри проводника.
На концах проводника появляется ЭДС индукции. Величина ЭДС – это степень искривления кристаллической решетки ядер проводника.
Если замкнуть концы проводника, то по проводнику потечет электрический ток в направлении влево, против часовой стрелки, «к нам», в сторону предыдущих листов пространства. Развернутые правее ядра атомов меняют ориентацию, поворачиваясь влево. Происходит уравновешивание сил в структуре проводника. Силы сот листа уравновешивают ядра атомов, находящиеся в листе, в соответствие с ориентацией листа. Выравнивается напряжение в кристаллической решетке проводника, восстанавливается ее структура.
Таким образом, ЭДС индукции – это напряжение в кристаллической решетке проводника, искривление решетки, возникающее из-за появления в проводнике области, в которой ядра имеют другое положение – наклонены, и имеют другую ориентацию, что отличает их от всех других ядер в проводнике, у которых ориентация и положение одинаковы и соответствуют ориентации листа пространства.
Воздействие силовых линий на ядра зависит от величины энергии силовых линий и скорости движения проводника в магнитном поле.
При движении ядер в пространстве в каждом новом листе с ядер снимается возбуждение, равное возбуждениям предыдущих ядер. Только дополнительные воздействия на ядра изменяют его состояние в новом листе. Поэтому, чтобы в проводнике возникала ЭДС индукции, необходимо, чтобы изменялось состояние ядер атомов в каждом новом листе пространства: изменялись или скорость движения проводника через силовые линии, или направление движения через силовые линии вверх – вниз, или изменялась энергия силовых линий.
Таким образом, для перемещения проводника вверх или вниз через силовые магнитные линии затрачивается внешняя механическая энергия. Используя магнитное поле, пространство преобразует механическую энергию, затраченную на движение проводника через силовые магнитные линии, в электрическую энергию, которая появляется в виде ЭДС индукции на концах проводника.
Для получения электромагнитной энергии, на практике, чаще всего применяют генераторы с проводниками в виде рамок, вращающихся в магнитном поле.
Направление движения электрического тока в проводнике зависит от направления движения проводника через силовые линии магнитного поля.
Направление ЭДС индукции и электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него, определяется по «правилу правой руки»: Если мысленно расположить правую руку в магнитном поле вдоль проводника так, чтобы магнитные линии, выходящие из северного полюса, входили в ладонь, а большой отогнутый палец совпадал с направлением движения проводника, то четыре вытянутых пальца будут указывать направление индуктированной ЭДС и направление тока в проводнике. Смотри рисунок, расположенный ниже.
Продолжение смотри в следующей статье.
Ставьте лайки и подписывайтесь на канал.