Техника - молодёжи 2007-06, страница 17

■

ИДЕИ НАШИХ ЧИТАТЕЛЕИ

Трансгенерация магнитным полем: две лампочки горят по цене одной!

Андрей МЕЛЬНИЧЕНКО, физик-изобретатель

тех пор, как в 1831 г. Майкл Фа-радей открыл закон электромагнитной индукции — возникновение электродвижущей силы (ЭДС) при изменении магнитного потока — всё магнитные поля рассматривались связанными с создающими их токами, с намагничивающими обмотками. При намагничивании железного стержня или тора абсолютно все магнитные поля (включая поля рассеяния, замкнутые по воздуху) считаются замкнутыми сквозь витки с током, образуя полное магнитное потокос-цепление с витками катушки.

Бурное развитие теории электротехники в конце XIX в., появление теории магнитных цепей и широкое применение трансформаторов не изменили представления об общей структуре магнитного поля — оно рассматривалось как односвяз-ное с токами. В таких простых од-носвязных магнитных полях вся магнитная энергия системы индуктивно связана с витками намагничивающей катушки.

Источник тока (батарея, генератор) тратит электроэнергию на намагничивание, совершает работу создания магнитного поля. Эта работа всегда равна энергии магнитного поля сквозь витки плюс потери в проводах и железе на вихревые токи и гистерезис (при неполном размагничивании). В классических магнитных цепях всегда выполняется закон сохранения энергии — сколько затратили на создание магнитного поля столько и получили минус потери.

В учебниках по электротехнике в качестве примера обычно рассматривается тор — монолитная структура без воздушных зазоров либо катушка с железным сердечником. Но есть огромное количество магнитных цепей, в которых принцип односвя-занного магнитного поля нарушается. Например, мы намагнитили железный брусок (с обмоткой) током, проходящим по обмотке, а рядом, через небольшой воздушный зазор, поставили ещё один железный брусок. Кроме общего магнитного поля двух брусков, появится ещё вторичное магнитное поле вокруг второго

бруска, которое замкнуто только вокруг него и не участвует во взаимодействии с первым.

Эта составляющая магнитного поля ни коим образом индуктивно не связана с обмоткой намагничивания (не образует потокосцепле-ния) и даже косвенно не участвует в формировании общего магнитного потока через два ферромагнитных объёма. Общая картина топологии магнитного поля оказывается принципиально другой — более сложной, а главное — не односвязной. Возникает значительная магнитная энергия, не связанная с витками катушки и не влияющая на установление электрического тока в обмотке, так как не создает ЭДС против нарастающего тока при намагничивании системы.

Естественно, ферромагнитные объёмы взаимодействуют (уменьшается т.н. размагничивающий фактор), и суммарное магнитное поле есть результат их взаимного подмаг-ничивания. Общий магнитный поток двух (или трёх и более) железных брусков подчиняется законам обычной магнитной цепи с воздушными зазорами. Но вторичное магнитное поле вокруг второго ферромагнитного бруска не участвует в формировании магнитной цели и не образует потокосцепления с катушкой с электрическим током.

Надо отметить уникальное квантовое свойство ферромагнетиков,

позволяющее образовываться вторичной магнитной энергии без дополнительных затрат электроэнергии (работы источника электрического тока).

Ферромагнетик образован неском-пенсированными спинами электронов, их собственными магнитными моментами, как если бы электрон был заряженным вращающимся волчком. Но это «вращение» имеет квантовый характер. В отличие от обычных токов в виде движущихся зарядов, спин электрона абсолютно не реагирует на вихревое электрическое поле Максвелла, создающего ЭДС при изменении магнитного потока. Вихревое электрическое поле Максвелла не действует на квантовый ток — спин электрона не может его остановить или как-то уменьшить, в отличие от макротоков зарядов в проводах. Важнейшее свойство любого ферромагнетика — полное отсутствие индуктивного сопротивления.

Если в обычную катушку из проволоки для получения магнитного поля нужно подать электрическую мощность в виде тока и напряжения для преодоления ЭДС^, то в ферромагнетике магнитное поле образуется даром, без непосредственного подвода электрической мощности. Конечно, есть еще т.н. магнитоупругое сопротивление, связанное с размагничивающим фактором, но оно зависит не от магнитного потока, а от материала, формы, зазоров. Почему же мы тратим электроэнергию на намагничивание ферромагнетика, железного сердечника в катушке? Дело в том, что ферромагнитный сердечник даёт своим магнитным полям т.н. вносимый импеданс — дополнительное индуктивное сопротивление. Кстати, если бы у нас было две катушки — одна без ферромагнетика, другая с железным сердечником, то для получения одного и того же магнитного потока в катушке без сердечника пришлось бы затратить в |_i раз больше электроэнергии (работы) от источника тока, если |_i = 1000, то в тысячу раз, хотя магнитный поток — «количество» силовых линий магнитного поля — абсолютно одинаков,

www.tm-magazin ,ru 15