Благо дарованное природой.
С данным явлением знаком каждый, кто интересовался электротехникой. Катушка индуктивности и магнит обычные составляющие любого электродвигателя и генератора. При их взаимодействии возникает ответная реакция мешающая вращению. Этому явлению дали противное название и как аксиому преподносят то, что это явление возникает всегда и его не победить. Из этого верно только то, что данное явление возникает всегда. А как на счет победы? Талантливые и пытливые умы с завидным упорством используют все свои знания и энергию на преодоление такой неприятности. Полностью победить не удается, но снизить неприятность получается. В основном это решения на основе геометрии, физические формы катушек и магнитов, их взаимное расположение. Это кратко о том как ситуацию преподносят все доступные источники информации.
ПротивоЭДС – что это такое?
Для демонстрации данного явления используют простой опыт. Рамку из проводника перемещают в переменном магнитном поле. Рамка это катушка индуктивности состоящая из одного витка, переменное магнитное поле создать достаточно сложно, поэтому используют постоянный магнит, а рамку перемещают около него в зависимости от расстояния меняется сила магнитного поля. Во время опыта контролируют электрический ток, протекающий по контуру. Электрический ток возникает всегда, его величина зависит от скорости перемещения контура мимо магнита. При этом показания на приборах «Прыгают» то плюс то минус. При внимательном рассмотрении замечаем, что при приближении к магниту в рамке возникает электрический ток в одном направлении, при удалении рамки от магнита возникает ток в другом направлении. Данный опыт очень простой и подробно описан, подробно описаны происходящие процессы в зависимости от взаимного расположения компонентов. Разработана математическая модель, но об этом чуть позже. Главное фиксируем результат. В результате возникает электрический ток и на разных стадиях эксперимента он меняет своё направление на противоположное. Это просто результат опыта, и он будет повторяться, не зависимо от количества витков в катушке и не зависимо от силы магнита. Результат не может быть плохим или хорошим – это ответная реакция окружающей нас среды на наши действия. Самое удивительное , что кто то назвал часть результата хорошим , а часть противным.
Это все про электрический ток. Откуда же появилась противоЭДС? При приближении катушки к магниту в ней возникает электрический ток, как следствие этого появляется магнитное поле, т.е. катушка превращается в электромагнит. На этой стадии возникшее в катушке магнитное поле даже помогает движению, магнит и электромагнит притягиваются друг к другу. Далее движение катушки без приложения дополнительной энергии затруднено. Приложив энергию и продолжив движение, происходит смена направления тока, смена полюсов электромагнита и постоянный магнит и электромагнит отталкиваются друг от друга. Именно «Залипание» постоянного магнита и электромагнита и происходит из-за так называемой противоЭДС. Именно с этим все борются.
У меня всегда был вопрос. Зачем?
В результате действий мы получаем источник электродвижущей силы. Зачем с ним бороться?
Его же можно использовать. А как? Вот мы плавно подошли к математической модели. Математические модели создаются для описания простых экспериментов и далее при усложнении устройства её используют как базовый элемент для прогнозирования наиболее вероятного результата. Математическую модель можно назвать хорошей, если с её помощью можно спрогнозировать качественный результат и допускается погрешность в абсолютных значениях величин. При этом очень важно осознавать полученный с помощью математической модели результат. Очень важно видеть за условными символами протекающие физические процессы.
Для описания изменения величины электрического тока была предложена синусоида. Ни чего против не имею. Можно рассчитать величину и направление электрического тока в зависимости от взаимного расположения катушки индуктивности и постоянного магнита. В курсе «Теоретические Основы Электротехники» есть типовые задачи для расчета токов в цепях. Цепи состоят из источника ЭДС, резисторов, конденсаторов и индуктивностей. Эти элементы используются в разных комбинациях и разных схемах подключения. Для расчета есть рекомендованные формулы, в которых есть коэффициенты, содержащие тригонометрические функции синус и косинус. Самое интересное, что перед этими коэффициентами есть знаки «+» или «-». Ещё раз напоминаю, что в математической модели нет ни чего лишнего и необходимо понимать физический смысл каждого символа.
Возвращаемся к эксперименту. Как уже выяснили, в результате эксперимента получили источник электродвижущей силы. Рассмотрим, что будет происходить при подключении нагрузок разного типа. Начнем с короткого замыкания. Электрический ток, возникший сразу же при начале эксперимента, начинает циркулировать в катушке, естественно создаёт магнитное поле, которое и приводит к эффекту «залипания». Подключаем резистор. Часть выработанной источником ЭДС энергии просто сгорит. Ситуация с «залипанием» существенно не изменится. Подключаем конденсатор. На обкладках конденсатора накапливается энергия. В результате создан простейший колебательный контур. Возможно, такое и можно использовать, но это уже совсем другая история, и уж точно не решит проблему. Подключаем индуктивность. И это уже интересно. Электрический ток, созданный первой катушкой, протекает во второй катушке и в ней создает магнитное поле. Даже на уровне простой логики ситуация более интересна, полученная энергия используется. А если вторая катушка так же движется мимо второго постоянного магнита? И вот в головах «пытливых умов» уже появляются модели устройств, которые сами поддерживают движение или вращение. Даже на уровне математической модели видно , что получаемый результат очень интересен. И вновь – внимательно отнеситесь к пониманию физического смысла каждого символа. Математическая модель и логическая модель дадут понимание расположению постоянных магнитов и катушек индуктивности друг относительно друга и как катушки должны быть намотаны.
Намотка катушки интересный вопрос. Для получения большей индуктивности при создании катушки индуктивности используют железосодержащие сердечники, так называемые магнитопроводы. В некоторых устройствах магнитопроводы полезны и эффективны, но надо понимать и учитывать какой эффект они дают. На намагничивание и размагничивание магнитопровода необходимо время, это приводит к инертности системы. Там где потеря времени не критична, использовать магнитопроводы можно, да их и используют с большим успехом. Там где важна динамика переходных процессов использовать замедлители не разумно. Почему то практически нет информации о исследовании катушек индуктивности с сердечниками из цветных металлов, самые доступные алюминий и медь. Например . Что происходит с сердечником из алюминия на который намотан соленоид на который в свою очередь подается напряжение с разной частотой?
В итоге. Катушку индуктивности, как управляемый электромагнит, используют при создании электродвигателей. При этом каждый раз катушка «работает» как источник ЭДС. Все это знают и все с этим борются. Парадокс в том, что попыток использовать возникшую ЭДС практически нет. Точнее, информацию о том, что кто-то проводил подобные эксперименты найти очень сложно.
Да при использовании возникшей ЭДС получится совсем другое устройство и реакция окружающей среды на работу такого устройства будет совсем иной. На познание нового как раз и направлены усилия всех изобретателей.
Это как раз то ради чего.
Эксперимент, доверие только тому, что можете пощупать и увидеть, логика и фантазия вот залог успеха.
ПротивоЭДС серьёзная непреодолимая проблема при внимательном рассмотрении становится не очень страшной и вредной, а при умелом использовании даже полезной. Понимая естественные причины все становится просто, а разобравшись с простым сложного не возникнет.
