Всем привет!
В интернете часто встречаются заявления от хейтеров тематики бестопливных двигателей на постоянных магнитах, якобы заключенная в магните энергия равна нулю. Давайте разберемся, так это или нет?
Интересно, на чем основано такое заявление? Ведь в природе нет ни одного вещества с нулевой заключенной в них энергией. Нету. Зато есть люди, которые не умеют ее извлекать.
Любое вещество можно подвергнуть ядерному синтезу и извлечь из него очень много энергии.
В рамках данной статьи мы попытаемся разобраться, какая же энергия спрятана в магнитном поле и как ее можно извлечь.
Сегодня будет немного формул, но без фанатизма)
В школьном курсе физики есть формула механической потенциальной энегрии:
Если внимательно к ней присмотреться и вспомнить, что происходит с магнитным полем при сближении магнитов, то оказывается, кое-что из этой формулы нам подходит.
Итак. Магнитное поле постоянного магнита (да и электромагнита тоже) обладает такими свойствами:
1) направление
2) напряженность
Направление, как мы помним, получается во все стороны одинаково, потому что одноименные заряды отталкиваются, вследствие чего мы получаем картину рассеивания магнитного поля во все стороны одинаково над каждым из полюсов.
По мере удаления от полюса, по этой же причине уменьшается сила действия магнитного поля, поскольку она распределяется во все большем и большем объема пространства. Мы же знаем, что энергия не берется из ниоткуда и в никуда не девается.
Вот так это выглядит графически
То есть, пока магнитному полю ничего не мешает, оно равномерно заполняет пространство над полюсами постоянного магнита.
Но вот стоит начать сближение магнита одноименными полюсами, происходит деформация равномерно распределенного магнитного поля
А так как при этом уменьшения остаточной индукции не происходит (это справедливо только для магнитов из одинакового материала), а значит и не происходит уменьшения энергии, магнитное поле будет сопротивляться такому действию и будет стремиться занять свое исходное положение в пространстве.
На сами магниты при этом будет действовать сила отталкивания. Оно и понятно - нам приходится принудительно утрамбовывать магнитное поле, которому и так тесно вокруг полюсов магнита.
Что это значит?
А это значит, если магниты поместить в трубку, чтобы исключить разворот одного из них и сблизить, на магниты будет действовать сила отталкивания. Если при этом один из магнитов отпустить, он начнет движение в соответствии со 2 законом Ньютона.
Силу отталкивания можно измерить с помощью подходящего динамометра.
Масса измеряется с помощью весов.
Ускорение можно рассчитать.
То есть, у нас есть все основания полагать, что магнит все же обладает скрытой механической энергией. Но так ли это?
Если взять механический аналог - пружину, то все описанное выше справедливо и для пружины.
То есть, часть формулы нам подходит.
Если к ней присмотреться, то формула подразумевает наличие энергии после приложения внешней силы, деформирующей пружину.
Иными словами, в недеформированной пружине, никакой энергии нет. И это правда.
Получается, что в постоянных магнитах, работающих на отталкивание, тоже никакой потенциальной энергии нет, пока их магнитные поля не деформированы внешними силами. Интересный вывод, не правда ли? Ну это как вода в океане не обладает потенциальной энергией, пока не перекачать ее в сосуд, находящийся на высоте (h).
Хорошо. Уговорили. А что там у нас с притягиванием?
Вот тут нас ожидает сюрприз. 2 магнита, ориентированные разноименными полюсами, притягиваются без приложения какой-либо энергии извне.
Все процессы будут происходить как описано выше с той разницей, что магниты будут притягиваться без притока энергии извне.
На картинке показано серым цветом направление магнитного поля при притягивании и остатки от полей рассеивания северного и южного полюсов
Как видно из данной иллюстрации, между полюсами нет "мешающих" линий, который нужно ужимать, преодолевая силы взаимного отталкивания. Зато теперь появились новые силовые линии, которые сами притягивают магниты и готовы поспорить с внешними силами, мешающими это сделать. То есть, в данном случае не требуется приложение энергии извне, чтобы получить силу, сближающую магниты.
В данном случае, формула механической энергии выше так же работает, как и в случае отталкивания магнитов и в случае сжатой пружины.
Однако, в отличии от пружины, которую нужно либо принудительно сжать, либо принудительно растянуть, в данном случае, магниты будут сближаться сами, без принудительного сообщения им внешней энергии.
То есть, после сближения постоянных магнитов на некоторое расстояние, они сами начнут притягиваться с силой (F) и получать ускорение (а) в зависимости от их массы (m).
Иными словами, измерив силу притяжения и массу магнитов, мы можем рассчитать их скорость при притяжении в каждой конкретной точке их перемещения. А это значит, что можем посчитать сколько Дж потенциальной энергии содержится в той или иной паре постоянных магнитов.
Присутствие силы говорит о наличии энергии.
Получается, потенциальная энергия магнитного поля все же есть, просто надо уметь ее извлекать.
Вывод:
1) энергия поля 1 магнита равна 0,
2) энергия полей пары магнитов, ориентированных на отталкивание равна 0,
3) энергия полей пары магнитов ориентированных на притяжение не равна 0.
Спасибо за внимание. Пока-пока.
