Электричество из магнитного поля: Американские ученые добыли электричество из магнитного поля электропроводки

Содержание

Американские ученые добыли электричество из магнитного поля электропроводки

Ученые из Университета штата Пенсильвания создали магнитоэлектрический преобразователь, способный извлекать энергию из магнитных полей вокруг сетевых кабелей. Статья с описанием открытия была опубликована в журнале Energy & Environmental Science. Полученную энергию можно без труда использовать для питания небольших IoT-устройств — например, цифрового будильника.
Проблема энергоэффективности и экологичности IoT-устройств становится все более острой по мере развития технологий. Чем более сложными становятся системы, тем большее количество энергии требуется для их обеспечения. Встроенные батареи имеют ограниченный запас ресурсов, а для бесперебойного функционирования высокопроизводительного оборудования сроки службы должны составлять месяцы и годы. В связи с этим на первый план выходят "зеленые технологии" и сбор свободной энергией — то есть добыча ресурсов из внешних источников, например, тепла, вибрации или света.
Именно такой подход использовали в своем изобретении пенсильванские ученые. В качестве добывающего элемента выступила многослойная тонкая пластинка, состоящая из слоя пьезоэлектрика и слоя из магнитострикционного материала. Попадая в магнитное поле электропроводки такая пластинка начинает вибрировать и деформирует приклеенную к ней пластину из пьезоэлектрика. В результате такой деформации по проводам, подключенным к пластине, начинает течь электрический ток.
Сам магнитострикционный материал при этом вырабатывает до 16% электричества. Остальную выработку дает колебание постоянного магнита в электромагнитном поле. Ученые утверждают, что элемент позволяет генерировать напряжение до 80 Вт в поле силой 300 мкТл. Такого заряда достаточно, чтобы обеспечить прямое питание будильника или часов на расстоянии до 20 см от электропроводки.
"Преимущество такого подхода в том, что магнитное поле, создаваемое вокруг электропроводки — это вездесущая и дешевая энергия. Она есть везде: в наших домах, офисах, автомобилях. Возможность собирать этот фоновый шум и преобразовывать его в полезное электричество может обогатить наш подход к архитектуре "зеленой" энергии", — отмечает один из авторов исследования, инженер Шашанк Прия.

Источник: https://www.electronicsweekly.com/news/research-news/milliwats-electricity-mains-magnetic-field-2020-04/

Найден новый способ преобразования магнитного поля в электричество

Физики Университета Юты смогли продемонстрировать так называемый обратный спиновый эффект Холла в нескольких органических полупроводниках, в том числе в фуллеренах C60. Это открывает новый способ преобразования магнитного «спинового тока» в электрический. Пока не установлено, насколько велика эффективность этого метода, однако он вполне может найти применение в будущих поколениях батарей, солнечных элементов или компьютеров.

«Этот эффект настолько странен, что никто толком не знает, на что он может в конечном счёте сгодиться, — пишет профессор физики Кристоф Бёме (Christoph Boehme), один из авторов статьи, вышедшей 18 апреля в журнале Nature Materials. — но можно вообразить многие технические приложения, включая очень непривычные новые схемы преобразования энергии».

Обратный спиновый эффект Холла в 2008 г. был открыт в металлах, а затем в неорганических полупроводниках. В 2013 г. его получили в органическом полупроводящего полимере PEDOT:PSS, на который воздействовали непрерывным микроволновым излучением, но генерируемое напряжение было ничтожно (исчислялось нановольтами), а материал испытывал сильный нагрев.

Авторы статьи бомбардировали разработанное ими с учётом недочётов прежних исследований экспериментальное устройство — сэндвич из стеклянной основы и слоев органического полупроводника и железоникелевого ферромагнетика — микроволновыми импульсами длительностью от 100 до 5 тыс. наносекунд. Эти импульсы порождали спиновые волны в ферромагнетике, которые сначала преобразовывались в спиновый ток в полупроводнике, а затем и в электрический ток, регистрируемый по разности потенциалов на контактах устройства.

В эксперименте использовались семь разновидностей органических полупроводников, включая PEDOT:PSS, в котором обратный спиновый эффект Холла впервые наблюдался в 2013 г., три полимера, обогащённых платиной, два пи-сопряжённых полимера и фуллерен C60. Последний оказался наиболее эффективен в преобразовании спиновых волн в электричество.

По сравнению с работой 2013 года, в новых экспериментах наблюдался в 100 раз более сильный обратный спиновый эффект Холла, который на этот раз не «смазывался» микроволновым нагревом материала. Это исследование также показало, что преобразование спинового тока в электрический в органических полупроводниках, как и в неорганических проводниках/полупроводниках происходит через спин-орбитальное взаимодействие.

Выработка электричества от паразитных магнитных полей

Ученые использовали сложную структуру, соединив вместе два разных материала. Один из них является магнитострикционным, создающим за счет магнитного поля напряжение, а другой - пьезоэлектрическим, преобразующим напряжение или вибрации в электричество

Электричество, которое освещает здания и питает различные приборы, создает вокруг объектов слабые магнитные поля. Ученые разработали механизм, в котором электромагнитное поле можно преобразовать в достаточное количество электроэнергии для питания сенсорных сетей в системах «умных» домов и современных предприятий.

«Точно так же, как солнечный свет, который фотоэлектрические элементы преобразуют в электроэнергию, можно использовать магнитные поля». «Эта вездесущая энергия присутствует в домах, офисах, на рабочих местах и в автомобилях, однако, имеет фиксированную частоту (50/60 Гц) и низкую амплитуду. Она повсюду, и сейчас появилась возможность преобразовать ее в полезное электричество».

Исследователи разработали устройство, которое дает на 400 процентов больше выходной мощности по сравнению с другими современными известными технологиями, использующими в своей работе низкочастотные магнитные поля, которые могут присутствовать, например, в жилых домах или других зданиях.

Оно имеет вид тонкой полосы длиной около 4 сантиметров, которую можно размещать на электрических приборах или рядом с ними, на источниках света или шнурах питания, где магнитные поля наиболее сконцентрированы.

Когда устройство расположено в 10 сантиметрах от источника, оно вырабатывает достаточно электроэнергии, чтобы питать светодиодную матрицу из 180 пикселей, а расположенная на расстоянии 20 сантиметров может питать цифровой будильник без зарядки конденсатора. Результаты исследования опубликованы в журнале Energy & Environmental Science [1].

Ученые использовали сложную структуру, соединив вместе два разных материала. Один из них является магнитострикционным, создающим за счет магнитного поля напряжение, а другой - пьезоэлектрическим, преобразующим напряжение или вибрации в электричество. Такая комбинация позволяет устройству превращать магнитное поле в электрический ток.

Устройство имеет структуру в виде балки, один конец которой зажат, а другой свободно вибрирует в ответ на воздействие магнитным полем. Ученые утверждают, что магнит, установленный со стороны свободного конца балки, усиливает движение и способствует повышению выработки электроэнергии.

Эта технология может применяться при проектировании систем, где требуется наличие беспроводных сенсорных сетей с автономным питанием, и решения таких задач, как мониторинг энергопотребления и обеспечения необходимых режимов работы зданий, а также в системах дистанционного управления оборудованием.

 

Ссылки:

1. http://www.rsc.org/suppdata/c9/ee/c9ee03902c/c9ee03902c1.pdf

 

Источник: EurekAlert

Мотор и генератор Хендершота, история их создания

Мотор и генератор Хендершота, история их создания

В этой статье мы расскажем вам историю мотора и генератора Хендершота

Отец Марка Хендершота, Лестер Хендершот, был изобретателем. Он не раз преуспевал в своих многочисленных попытках создания практичных вещей. Лестер делал электронные игрушки, и даже продавал некоторое из своих идей небольшим производствам. Самая же главная его идея была настолько революционной, что смущала крупнейших ученых страны, ведь у них так и не получилось обосновать ее. А если бы эту идею усовершенствовать, то она устранила бы потребность во многих коммунальных предприятиях, полностью изменив большинство актуальных в те времена концепций.

Первое изобретение Лестера Хендершота из этой области в газетах назвали «мотором», но фактически это был генератор, питаемый магнитным полем Земли. Более поздние модели создавали достаточно электричества чтобы питать одновременно 120 вольтную лампочку и настольное радио. Сын изобретателя был свидетелем этой энергии, от которой часами питались телевизор и швейная машинка в их доме.

Революционная идея Лестера Хендершота

Это происходило в 1927 и 1928 годах, когда отец Марка всерьез задумался о своем «бестопливном» генераторе. Он начал заниматься исследованиями в 1925 году, и вскоре понял, что лучшие достижения в авиации значительно улучились бы, если создать абсолютно точный и надежный компас. Его первые усилия были направлены как раз на создание такого инструмента.

Хендершот считал, что магнитный компас не указывает на истинный север, компас отклоняется от истинного севера в разной степени для разных точек земной поверхности. Кроме того, индукционный компас нужно было каждый раз перед вылетам настраивать, что не очень надежно.

Он утверждал, что предварительно намагниченный сердечник позволил бы создать намагниченность, которая указывала бы на истинный север, однако не знал, как использовать это в компасе, который он разрабатывал.

Продолжая эксперименты, Лестер обнаружил, что путем пересечения одной и той же линии магнитной силы с севера на юг, он получал индикатор истинного севера, а пересекая магнитное поле с востока на запада, он мог бы получить вращательное движение.

Мотор Хендершота

С опорой на этот принцип, он переключился на работу над двигателем, который бы использовал данную магнитную силу.

Лестер построил двигатель, который вращался с постоянной скоростью, причем скорость была задана на момент создания двигателя.

Двигатель может быть построен на желаемую скорость, говорил изобретатель, при этом чувствовал, что одна из самых больших потребностей в авиации — это надежный двигатель с постоянной высокой скоростью. Тот двигатель, что он построил, вращался со скоростью 1800 оборотов в минуту.

В последующие годы изобретатель понял, что идея двигателя с магнитным питанием была не так практична как генератор с магнитным питанием, поэтому последующая работа Хендершота была направлена именно на генератор. Чтобы избежать путаницы, отметим, что первые эксперименты начались с мотора, питаемого магнитным полем, а генератор был потом.

Первые значимые эксперименты с моторной версией были проведены в Селфридж Филд, под руководством майора Томаса Ланфиера. Устройство, демонстрируемое в Селфридже было небольшой моделью того, что в будущем должно было стать полноценным самолетным двигателем. Газеты пестрили цитатами важных людей из авиации, их впечатлениями от увиденного.

Один из отчетов принадлежал Уильяму Стоуту, разработчику цельнометаллического самолета. Комментарий Стоута был таким: «Демонстрация была очень впечатляющей. Это было сверхъестественно. Я бы очень хотел увидеть большую модель, достаточно мощную, чтобы поднять самолет».

Комментарии майора Томаса Ланфиера для журналистов был таким: «Все это настолько таинственно и потрясающе, что может быть и подделкой». «Я был очень скептичен, когда увидел первую модель», - продолжал он, «но я помогал строить вторую, и был свидетелем намотки магнита. Уверен, здесь не было ничего подозрительного». 

То, как эта модель работает, отец Марка первым делом показал военному руководству, после чего он лично руководил военными техниками, помогая им создать собственную модель, которая отлично заработала. Майор Ланфиер рассказал, что электрик, которому показали мотор, сказал вначале, что мотор подключенный таким образом работать не будет. Однако он заработал.

Произошедшее на Селфридж Филд облетело все газеты. Истории с яркими заголовками вышли во многих газетах. Большинство из них называли продемонстрированный предмет «чудо-мотором», и там были фотографии Майора Ланфиера и Линдберга, а также Лестера и мотора.

Все, что в новостях того времени было связано с Линдбергом, печаталось на первых страницах, если произошедшее в округе его интересовало. Заголовки кричали: «Бестопливный мотор продемонстрировали Линди», «Линди протестировал бестопливный двигатель для самолетов», «Линдберг пытается проверить, вращается ли Земля». Одна из газет заявляла, что Линдберг и Ланфиер отправились по ее просьбе в Нью-Йорк чтобы показать мотор в Фонде Гуггенхайма для продвижения его в аэронавтике.

Более поздние отчеты, однако, подчеркивали, что Линдберг фактически не имел никакого отношения к экспериментам, а просто был свидетелем пары демонстраций в качестве гостя своего друга, майора Ланфиера.

Тесты в Селфридже, казалось, удовлетворили Ланфиера и его соратников, однако на тот период, когда они были здесь, построенная модель могла совершать 1800 оборотов в минуту, но они заявляли, что полностью удовлетворены ее работой. Расчеты показали, что моторы будут работать от 2000 до 3000 часов до того момента, как магнитный сердечник необходимо будет перезарядить.

Начало скептицизма и насмешек над изобретателем

Человек по имени доктор Хочстеттер, из исследовательской лаборатории Хочстеттера в Питтсбурге, поспешно собрал пресс-конференцию с журналистами, где показал модель, как он сказал, «мотора Хендершота». Он продемонстрировал им модели, и когда они не заработали, сказал, что «моторы Хендершота» были подделками, и двигатели работали от того, что мощность подавалась от скрытых внутри пальчиковых батареек.

После показа своих моделей моторов, доктор Хочстеттер объявил, что они не смогли бы генерировать достаточно электричества даже чтобы зажечь 1-вольтный фонарик.

Освещавшие лекцию в нью-йоркском отеле, арендованном доктором Хочстеттером или для него, журналисты на пресс-конференции спрашивали его, почему же он так заинтересовался Хендершотом, его демонстрациями, и почему так яростно пытается его дискредитировать? Он отвечал просто: «я пришел чтобы разоблачить мошенничество, которое могло бы разрушить веру в 1000 летнюю науку».

Он утверждал, что единственный его мотив — это то, что «чистая наука должна сиять, и не должна быть запятнанной». Для сторонников Хендершота было очевидно, что за таким известным ученым как Хочстеттер, который суетится и беспокоится, кто-то всем этим действительно обеспокоился, и новаторство должно было быть высмеяно.

Когда к Лестеру пришли с обвинениями, он улыбнулся и сказал репортерам: «Доктор Хочстеттер в чем-то прав, у меня есть скрытые батарейки в паре моделей, поскольку я обнаружил, что не могу доверять некоторым из гостей, и кое-кто, есть доказательства, подделал мою работу. Итак, я поставил пару батареек для того чтобы выявить недоброжелателя к моим работам».

Он добавил, что майор Ланфиер и его армейские техники получили достаточно доказательств. «Я не строил двигатель, который был продемонстрирован в Детройте» - отметил он. «Он был построен военными по приказу майора Ланфиера, и под моим контролем». Я сделал не более чем ветер, для этого мотора. Они построили двигатель, и он работает. Вот мой ответ всем критикам — это работает.

Доктор Хочстеттер и его соратники также заявили, что отец Марка подписал контракт на 25000 долларов на эксплуатацию мотора, но после непродолжительного периода беспокойств дело было отброшено за недоказанностью. Через некоторое время после своей демонстрации, доктор Хочстеттер погиб при загадочных обстоятельствах. Он попал в крушение на поезде Балтимор — Огайо, где был единственным пассажиром, который ушел из жизни.

Хендершот стал персонажем многих анекдотов и комментариев во время дебатов о его изобретении. Художник одной из газет Питтсбурга изобразил его ведущим самолет без пропеллера. Заголовок высмеивал его.

Спустя несколько лет он скажет сыну: «каждый раз, когда я вижу летящий реактивный самолет, я думаю о том рисунке, и о том, как все смеялись надо мной за предложение самолета, который сможет когда-нибудь полететь без пропеллера. 25 лет назад я пытался сказать им это».

Как все началось, так и закончилось. Реклама и сенсации относительно двигателя Хендершота прекратились. Последняя новость появилась 10 марта 1928 года, когда в большинстве газет вышла небольшая статья о том, что Лестер Хендершот экстренно угодил в больницу в Вашингтоне.

Персональное сообщение для семьи гласило почти то же, что и заголовки газет, за исключением того, что он не «трясся от 2000 вольт» (как преувеличенно написали журналисты), а ударило его напряжением 120 вольт от болта, когда он демонстрировал двигатель в патентном ведомстве. Шок парализовал голосовые связки, что потребовало нескольких недель выздоровления, прежде чем Лестер полностью восстановился.

Попытки давления на изобретателя продолжались

Кое-что случилось тогда, что могло бы объяснить действия доктора Хочстеттера и его сторонников. Лестер рассказал семье, что пока он лежал в больнице, к нему обратились из крупной корпорации по поводу его активности, связанной с двигателями и генераторами.

До дня смерти он так и не назовет имя этой компании, ведь лишь по причине успеха его генератора, он мог стать серьезной угрозой многомиллионной промышленности. Он назвал сумму, которую принял — 25000 долларов, и условием было то, что на протяжении ближайших 20 лет он не построит больше ни одного подобного устройства. Тогда он и исчез из поля зрения газет.

Марк думал о причудливых событиях, связанных с генератором, и чувствовал, что возможно большая корпорация сначала пыталась остановить деятельность отца через доктора Хочстеттера. А когда идея провалилась, они пришли лично к отцу, и купили его выход.

Интересно отметить, что одно из обвинений доктора состояло в том, что Лестеру было заплачено 25000 долларов за эксплуатацию его работ. Не странно ли, что получается та же картина с оплатой за остановку деятельности, что в цитате до персонального обращения с предложением?

Лестер признавал, что и он сам, и его семья, жили в постоянном страхе, так как с ним часто пытались связаться разные сумасшедшие, которые углублялись в записи, делали открытия, и попадали в беду, разыскивая его. Некоторые из них, как он полагал, были представителями подрывных групп или иностранцами.

Напор писем был очень велик, и целая серия писем приходила от последователя из Огайо в 1952 году. Парень следил за Хендершотом, и по возвращении на родину в Пенсильванию разговаривал с его братом о генераторе.

В первом письме говорилось, что парень из Огайо является участником группы ученых, которые в частном порядке, на свои деньги, ведут собственные исследования тех же явлений, что и Лестер Хендершот в 1928 году.

Парень подчеркнул, что ни на какую организацию не работает, не имеет поддержки, с самого момента открытия, а генератор Хендершота должен быть доступен «для всех народов», и не должен контролироваться национальным правительством, его следует предоставить безвозмездно мировому правительству, когда оно будет готово принять мировую ответственность. Он критиковал Лестера за то, что тот разрешил военным увидеть изобретение в 1928 году.

Это письмо было написано в апреле, а в июне пришла открытка с таким сообщением:

«Скоро по радио и в газетах сообщат о вашем генераторе так: «замечена летающая тарелка». Нам удалось дублировать ваш генератор».

Возможно, генератор Хендершота создает землетрясения

В июле Лестер Хендершот получил от парня из Огайо письмо на четырех страницах. Это было последнее его письмо. Он обсуждал информацию, полученную его разведкой о летающих тарелках, скромно отмечая, что его источники лучше, чем ЦРУ и ФБР, которые, как он утверждал, следили за ним несколько раз. Он утверждал, что недавно был похищен ученый из Пасадены, который пытался приладить генератор к самолету.

Затем он развел долгую дискуссию о том, что его интересуют, как он это назвал, «эфирные вихревые явления» и генератор. Он объяснил, что согласно его исследованию, магнитное поле Земли и вулканическая активность взаимосвязаны. Он провел два с половиной года в Японии, где работал с учеными вулканистами.

Он упомянул одно исследование, которое он провел, и указал на то, что сдвиги слоев, создающие вулканы, связаны с вращением магнитного поля вулкана с высокой скоростью. Он призвал отца Марка написать документ о его выводах и опубликовать его, а также желательно отправить в Научно-исследовательский институт землетрясений Токио.

Ссылаясь на чрезвычайно пагубное землетрясение, произошедшее в окрестностях Лос-Анджелеса несколько месяцев назад, автор призывал Лестера не управлять его генератором в районе возле Сан-Андреаса. Разлом находится в этой области. Он сообщил:

«Можете не верить, но вы можете стать причиной усиления землетрясений, если продолжите работать с генератором в этом районе. Мне интересно, не были ли вы напрямую ответственны за недавнее землетрясение близ Лос-Анджелеса?»

Затем он пообещал, что «они вместе с сообщниками сохранят возможность участия в землетрясениях для него».

Подобные письма, а также случайные телефонные звонки, когда звонящий не называя себя, угрожал от имени общепризнанного коммуниста, которого уволили из ФБР, беспокоили Лестера Хендершота большую часть времени. Если бы крупная организация взяла на себя контроль над генератором и его исследованиями, то все, чего бы он хотел, - это чтобы ему было достаточно денег на то, чтобы позаботиться о себе и о своей семье в будущие годы.

Таинственное исчезновение Лестера Хендершота

Одно из наиболее обнадеживающих предложений поступило Лестеру в сентябре 1956 года. Изобретатель получил слово от официальных лиц из правительства Мексики, что они встретятся с ним и обсудят возможность использования его генератора для развития сельских районов Мексики.

Члены правительства Мексики отправились в Лос-Анджелес, выехали в дом Хендершотов, где их ждал и семейный врач, который говорил по-испански, и действовал здесь как переводчик. Были приняты меры, чтобы семья переехала в Мехико, а отец работал бы с мексиканскими техниками над генератором.

Семья Хендершотов выехала в Мехико, и расположилась в квартире возле дома директора по электрификации. Отец руководил мексиканцами пока они строили модель. Он работал с ними на протяжении нескольких недель, но становился при этом все более напряженным. Позже он признался жене, что был напуган тем, что не понимал ни одного испанца, его коллеги все время беседовали между собой, при этом часто на него оглядывались. Он не мог понять ни слова из того, о чем они говорили, это его сильно беспокоило.

Однажды утром в феврале 1957 года раздался телефонный звонок из лаборатории, спрашивали Лестера. Мать Марка сказал им, что отец ушел на работу утром, и если его там нет, то она понятия не имеет, где он может быть. Она стала все сильнее беспокоиться, ведь даже днем от него не было никаких известий.

Когда он не явился домой ночевать, у всех членов семьи была истерика, и только на следующее утро они получили телеграмму из Лос-Анджелеса. Отец от страха дошел до нервного безумия, из-за которого бросился в аэропорт на самолет до Калифорнии.

До самого дня смерти, это был закрытый вопрос, он никогда не объяснит, почему тогда так внезапно оставил семью, и в таких странных обстоятельствах. Наверное он боялся за свою жизнь.

Трагическая смерть Лестера

Последняя попытка продвинуть генератор пришлась на конец 1960 года, когда доктор Ллойд Кэннон убедил Лестера Хендершота, что у него есть возможность передать проект Военно-морскому флоту США для исследований и разработок. Кэннон сказал, что он был генеральным директором собственной компании, и объяснил, что его группа состояла из ученых разных областей, которые вложили много своих времени и знаний в мощные исследовательские проекты.

Диапазон экспериментальной работы Кэннона охватывал электронику, космонавтику, свободную энергию, движение и парапсихологию.

Итак, под руководством Лестера было построено две модели и напечатано 100 экземпляров 56-страничного предложения для отправки различным правительственным агентам и политикам, которые должны были рассмотреть предлагаемый проект. Предложение было передано в правительство, но безрезультатно.

Кэннон отправился на юго-запад США с моделями в попытке собрать денег для исследований. Его визиты в дом Хендершотов были все менее частыми, пока в 1961 году не случилась трагическая кульминация всей этой истории.

19 апреля 1961 года по возвращении домой из школы Марк обнаружил своего отца мертвым. Это было записано как самоубийство без какого-либо дальнейшего расследования.

Основные принципы

Для тех, кто может быть заинтересован в анализе того, как работал генератор Хендершота, Марк Хендершот опубликовал теорию по этому вопросу:

  • Магнитное поле, окружающее Землю, подобно магнитному полю, окружающему генератор, сделанный человеком.
  • Ротор генератора вращается от внешней силы, пересекая магнитные силовые линии, создавая таким образом электрическую энергию. Земля вращается внутри магнитного поля. Нет противоречия в том, чтобы утверждать, что есть мощность, которую можно от него получить.
  • Допустим, у нас есть механизм, который будет собирать, поляризовывать и создавать положительную и отрицательную связи с этой огромной мощностью, которая постоянно присутствует на Земле.
  • Возьмите обычный компас. Вы можете удерживать стрелку на направлении запад или восток, но как только вы отпустите ее, она немедленно укажет на север и на юг. Эта же сила, при пересечении правильным устройством, пока Земля вращается внутри этого магнетизма, произведет мощность, количество которой пока не рассчитываем.
  • Пока Земля вращается вокруг Солнца, она будет создавать электроэнергию, которой, как некоторые ученые говорят, нет. Но мы копаем недра для добычи ископаемых, которые стоят невероятно дорого, чтобы создать такую же силу.
  • Этот магнетизм окружает Землю в том же количестве по электрической мощности, как урановая или атомная энергия. Земной магнетизм всегда присутствует на любой высоте или глубине. Равный урану побочный продукт для получения мощности, именуемой электричеством.
  • Магнетизм нужно пересекать. Силовые линии окружают Землю: они постоянны, и если эта сила разрушится и поляризуется, у вас будет эквивалент урана, который разрушится и создаст тепло, что в свою очередь создаст мощность.
  • Разрушение силы магнетизма, поляризация, тем самым создание сопротивления для получения мощности, - это тот же принцип, что в атомной энергии.
  • Ученые утверждают, что нужно сопротивление для генерации электричества. Я утверждаю, что земля вращается, согласуясь с научной теорией, она создает сопротивление как генератор. Вездесущий магнетизм — это поле или статор.
  • Мы должны использовать этот источник для освещения каждого дома, автомагистрали, самолета или любых других вещей, которые сейчас не могут быть освещены из-за неадекватности существующих объектов.
  • Очень маленькое устройство состоящее из провода, магнита, нескольких специально разработанных катушек, конденсаторов, собирающих устройств и нескольких других второстепенных предметов, которое будет пересекать эту силу. Другой специально разработанный механизм будет поляризовать его, давая положительное и отрицательное соединения с любым сопротивлением, и в результате получим генерацию электричества.

У вас есть теория, как создавать электричество из магнитной силы Земли, написанная человеком лишь со средним образованием. Годами Марк хотел продолжить работу над изобретением своего отца, но был обеспокоен возможностью столкнуться с теми же проблемами, что и его отец.

Это было бы несправедливым по отношению к отцу, если бы Марк остановил эту работу. Он был готов исполнить его мечту. С детства Марк был очарован электричеством, и потратил более 26 лет на торговлю, связанную с электричеством. Из трех сыновей лишь один преследовал это увлечение и применил знания и опыт для продолжения работы отца.

На протяжении многих лет появилось много информации, большая часть которой либо неправильная, либо противоречащая записям отца Марка, хранящимся в семье.

В 1994 году Марк работал над генератором и надеялся, что устройство заработает на конференции Extraordinary Scienceв июле 1995 года. Марк также собрал пакет информации, содержащий исправленные чертежи, опубликованные другими, и включил в него несколько фотографий генератора Хендершота.

Марк решил опубликовать эту информацию с целью привлечения достаточного финансирования для того, чтобы смочь успешно завершить мечту своего отца. Этот пакет был доступен по цене 64.96 долларов у Марка и в книжном магазине музея Тесла. Полученные средства шли на поддержание работы Марка. Марк надеялся, что новая информация поможет другим добиться успеха, и большой бизнес не сможет этому помешать.

Ранее ЭлектроВести писали, что компания Lamborghini намерена расширить модельную линейку за счет 4-дверного электромобиля.

По материалам: electrik.info.

Физика: Электричество и Магнетизм | Новый физтех. Университет ИТМО

Содержание программы

Лекция 1 "Экспериментальные основы электромагнетизма. Базовые понятия. Системы единиц. Элементы векторного анализа, скалярные и векторные поля, градиент функции, дивергенция, ротор, поток вектора, циркуляция вектора, теорема Остроградского-Гаусса, Теорема Стокса" Лекция 2 Электростатика: заряды, напряженность, закон Кулона, опыт Милликена, теорема Гаусса Лекция 3 Потенциал и разность потенциалов. Диполь (напряженность, энергия и поляризация). Теорема о циркуляции. Лекция 4 Металлы и диэлектрики. Экранировка. Граничные условия. Модели диэлектриков. Поле в веществе. Теорема Гаусса в веществе. Лекция 5 Уравнение Пуассона. Основная задача электростатики. Метод изображений. Диэлектрическая сфера во внешнем поле. Среднее поле. Формула Клаузиуса-Мосотти Лекция 6 Энергия системы зарядов. Конденсатор. Емкостные коэффициенты. Плотность энергии поля. Энергетический метод вычисления сил. Лекция 7 Термодинамика диэлектриков. Сегнетоэлектрики. Температура Кюри. Пьезоэлектрики. Лекция 8 "Магнитное поле движущегося заряда. Преобразование Лоренца для электромагнитного поля. Относительность плотности заряда. Сила Лоренца. Сила Ампера. Закон Био-Савара" Лекция 9 "Магнитный момент. Поле магнитного диполя. Сила, действующая на магнитный диполь во внешнем постоянном поле. Магнитное поле в веществе. Диамагнетики, парамагнетики. Механизмы намагничивания. Вектор намагниченности, магнитная проницаемость." Лекция 10 Ферромагнетики. Явления гистерезиса. Закон Кюри. Получение сверхнизких температур. Лекция 11 "Движение заряженных частиц в постоянном электромагнитном поле. Связь механического и магнитного моментов. Магнитомеханический и гиромагнитный эффекты. Прецессия магнитного момента во внешнем поле. Магнитный резонанс. ЯМР и ЭПР." Лекция 12 Постоянный ток. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной форме. Сопротивление и проводимость. Элементы микроскопической теории проводимости. Правила Кирхгофа и расчет цепей постоянного тока. Токи в неограниченных средах. Лекция 13 Вакуумные приборы. Закон трех вторых. Ток в различных веществах. Модель проводимости Друде. Эффект Холла. Полупроводники. Лекция 14 Электрические явления в контактах. Электрический ток в газах. Лекция 15 Сверхпроводимость. Эффект Мейсснера. Магнитные свойства. Глубина проникновения. Лекция 16 Электромагнитная индукция. Энергия магнитного поля. Индуктивные коэффициенты. Вычисление сил в магнитном поле. Лекция 17 Система уравнений Максвелла. Ток смещения. Векторный потенциал. Векторный потенциал движущегося заряда и системы зарядов. Вывод законов Био-Савара и Ампера. Закон сохранения энергии и теорема Пойнтинга. Теорема взаимности. Лекция 18 Квазистационарные токи. Переходные процессы в электрических цепях. Колебания в электрических цепях. Лекция 19 Закон Ома для переменных токов. Векторные диаграммы. Правила Кирхгофа. Генерация и преобразование переменного тока и напряжения Лекция 20 Действие несинусоидальной ЭДС. Разложение в ряд Фурье. Модуляция и детектирование. Лекция 21 Электромагнитные волны. Плоская волна. Вектор Пойнтинга. Лекция 22 Излучение электромагнитных волн. Диполь Герца Лекция 23 Волноводы и резонаторы Лекция 24 Неоднородные волны. Поверхностные волны. Волны в плазме.

Электричество и магнетизм | quant-opt

Электричество и магнетизм

Проф. Татьяна Юрьевна Голубева,​

"ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ"

2019-2020 учебный год

I. Вопросы коллоквиума

1. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Дискретность заряда. Закон сохранения заряда. Напряженность электрического поля E. Электростатическое поле E произвольного распределения неподвижных зарядов. 

2. Линии поля E. Поток вектора E. 

3. Электростатическая теорема Гаусса. Теорема Ирншоу.

4. Работа по перемещению заряда во внешнем электростатическом поле. Потенциальность кулоновских сил. 

5. Потенциальная энергия заряда. Потенциал. Потенциал произвольного распределения зарядов. 

6. Связь потенциала и напряженности электростатического поля. Связь силы и потенциальной энергии для любых потенциальных полей. Физический смысл градиента.

 7. Электростатическая теорема Гаусса в дифференциальной форме. Теорема о циркуляции электростатического поля E. Физический смысл дивергенции. 

8. Теорема о циркуляции электростатического поля E в дифференциальной форме. Физический смысл ротора. Скачок электрического поля E при переходе через заряженную поверхность. 

9. Электрическое поле симметричных распределений зарядов. Центральная симметрия.

10. Электрическое поле симметричных распределений зарядов. Осевая симметрия.

11. Электрическое поле симметричных распределений зарядов. Зеркальная симметрия.

12. Дифференциальное уравнение для потенциала. Краевая задача электростатики. Задача Дирихле, задача Неймана, краевая задача с проводниками.

13. Единственность решения краевой задачи электростатики. 

14. Свойства проводников в электростатическом поле. Экранирование электростатического поля проводником. 

15. Заряд внутри полости проводника. Метод изображений. Точечный заряд над проводящей заземленной плоскостью.

16.  Метод изображений. Точечный заряд над проводящим заземленным шаром.

17. Электрическая емкость уединенного проводника. Емкость плоского конденсатора.

18. Электрическая емкость цилиндрического и сферического конденсаторов. 

19. Емкость параллельно и последовательно соединенных конденсаторов.

20. Энергия взаимодействия неподвижных зарядов в вакууме. Энергия электрического поля. 

21. Парадокс положительности энергии поля. Представление об электроне как о точечном заряде. Энергия электрического взаимодействия системы проводников. Энергия заряженного конденсатора.

22. Электрический дипольный момент распределения зарядов. Потенциал поля точечного диполя.

23. Изменение (сохранение) дипольного момента при переходе из одной системы отсчета в другую. Простейший электрический диполь, квадруполь. 

24. Напряженность поля точечного диполя. Учет поля внутри самого диполя.

25. Момент сил, действующих на точечный диполь в электрическом поле. Сила, действующая на точечный диполь в электрическом поле. 

26. Энергия точечного диполя в электрическом поле. Энергия наведенного диполя.

27. Поляризация диэлектриков. Связь поляризации среды с распределением связанных зарядов. 

28. Два способа вычисления электростатического потенциала и поля E, создаваемого поляризованным диэлектриком.

29. Вектор электрического смещения D. Уравнения электростатического поля в диэлектриках (для полей E и D) в дифференциальной, интегральной форме и для границы раздела двух сред.  

30. Диэлектрическая восприимчивость и диэлектрическая проницаемость среды. Связанные заряды в однородном диэлектрике.

31. Точечный заряд, расположенный в центре диэлектрического шара, создаваемое им электрическое поле E, его потенциал, вектор электрического смещения D, вектор поляризации среды P и поверхностная плотность связанных зарядов.

32. Электрическое поле заряженной нити, расположенной по оси диэлектрического цилиндра. Емкость плоского конденсатора, заполненного двумя слоями диэлектрика.

33. Единственность решения краевой задачи электростатики в присутствии диэлектриков и поиск решения. 

34. Энергия взаимодействия зарядов в присутствии линейных диэлектриков. 

35. Энергия электрического поля в линейных диэлектриках, объемная плотность энергии.

36. Электрические силы в диэлектриках. Объемная плотность сил.

37. Понятие о строгой теории сил в диэлектриках. 

38. Поляризация неполярных диэлектриков. Формула Клаузиуса-Моссотти.

39. Поляризация полярных газообразных диэлектриков.

40. Пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэлектрики. 

41. Постоянный электрический ток. Сила тока, плотность тока, плотность поверхностного тока. Уравнение неразрывности для токов и зарядов. 

42. Закон Ома. Сопротивление при последовательном и параллельном соединении проводников. Удельное сопротивление и удельная проводимость.

43. Закон Ома в дифференциальной форме. Сторонние силы. Работа свинцового аккумулятора. 

44. Закон Ома для участка цепи с учетом сторонних сил. Электродвижущая сила.

45. Уравнения Кирхгофа и произвольный пример их использования.

46. Метод контурных токов. Метод эквивалентной ЭДС.

47. Закон Джоуля–Ленца для участка цепи и его обоснование на основе закона сохранения энергии. 

48. Закон Джоуля–Ленца в дифференциальной форме с учетом ЭДС.

49. Термопара, эффект Пельтье, эффект Томсона.

II. Вопросы 2-ой части

(за 2018-1019 учебный год)

1. Постоянное магнитное поле. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Закон Био-Савара-Лапласа. Формулы для вычисления магнитного поля в плоской задаче. Магнитное поле в центре кругового витка с током. Магнитное поле прямого провода с током. Взаимодействие параллельных и антипараллельных токов. Взаимодействие токов и 3-й закон Ньютона. Магнитное поле внутри бесконечного соленоида. Магнитное поле на оси соленоида ограниченной длины. Магнитное поле над токонесущей плоскостью.

2. Векторный потенциал A. Потенциалы переменных электромагнитных полей. Дивергенция векторного потенциала. Уравнение Пуассона для векторного потенциала. Ротор и дивергенция магнитного поля B постоянных токов.

 

3. Поток магнитного поля B через замкнутую поверхность и циркуляция поля B постоянных токов. Скачок магнитного поля B при переходе через токонесущую поверхность. Три формы теоремы о потоке и теоремы о циркуляции поля B.

4. Магнитное поле соленоида бесконечной длины. Магнитное поле внутри и снаружи длинного цилиндрического проводника с заданной плотностью тока. Магнитное поле плоского слоя с током.

 

5. Магнитный диполь. Момент сил, действующих на виток с током в однородном магнитном поле. Энергия магнитного диполя в магнитном поле. Сила, действующая на магнитный диполь в неоднородном магнитном поле. Векторный потенциал A и магнитное поле B точечного магнитного диполя.

 

6. Намагниченность, связанные токи и связь между ними.

 

7. Напряженность магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость среды. Циркуляция полей H, B, М (намагниченности) и поток поля B в интегральной форме, дифференциальной форме и для токонесущей поверхности. Два способа вычисления векторного потенциала A и магнитного поля B, создаваемого намагниченной средой.

 

8. Магнитное поле провода с током в цилиндрической оболочке из магнитного материала. Магнитное поле длинного намагниченного цилиндра в трех характерных точках.

 

9. Магнитное поле в катушке с замкнутым сердечником с высокой магнитной проницаемостью. Магнитное поле в зазоре сердечника. Магнитное поле в сердечнике с ветвлением. Силы, действующие на линейный магнетик в магнитном поле. Силы, действующие на постоянный магнит в магнитном поле.

 

10. Закон электромагнитной индукции Фарадея. Правило Ленца.

 

11. Интерпретация Максвелла закона электромагнитной индукции Фарадея.

 

12. Коэффициент взаимной индукции. Коэффициент взаимной индукции двух катушек на общем сердечнике с высокой магнитной проницаемостью. Теорема о равенстве коэффициентов взаимной индукции (в вакууме). Коэффициент самоиндукции.

 

13. Индуктивность длинного соленоида с плотной намоткой. Индуктивность катушки с замкнутым сердечником.

 

14. Механическая работа магнитных сил при перемещении витка с током в магнитном поле. Механическая работа магнитных сил взаимодействия системы токов. Механическая работа магнитных сил контура с током над самим собой при деформации контура. Магнитная энергия системы токов и энергия магнитного поля. Строгое определение индуктивности.

 

15. Гипотеза Максвелла о токах смещения. Система уравнений Максвелла.

 

16. Токи Фуко.

 

17. Вектор Пойнтинга, его связь с энергией электромагнитного поля. Примеры движения энергии.

 

18. Связь тока и напряжения для конденсатора и катушки индуктивности. Интегрирующая RC-цепочка. Дифференцирующая CR-цепочка.

 

19. Реакция RC-цепочки на ступеньку напряжения. Реакция RL-цепочки на ступеньку напряжения. Экстраток размыкания.

 

20. Комплексные токи и напряжения. Эффективное напряжение. Импеданс. Импеданс резистора, конденсатора и катушки индуктивности.

 

21. Резонанс напряжений. Резонанс токов. Напряжение на выходе линейной схемы при произвольной зависимости напряжения на входе от времени (преобразование Фурье).

 

22. Теорема Лармора.

 

23. Гиромагнитное отношение. Диамагнетизм.

 

24*. Парамагнетизм газов в слабых полях (неквантовое описание).

 

25*. Ферромагнетизм. Свойства ферромагнетиков. Понятие о теории Вейсса, домены, точка Кюри, эффект Баркгаузена, насыщение намагниченности, кривая первоначального намагничивания, петля гистерезиса, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила.

 

26*. Сверхпроводники. Свойства сверхпроводников. Критическая температура. Высокотемпературная сверхпроводимость. Эффект Мейснера. Зависимость критической температуры от магнитного поля. Сверхпроводники

2-го рода. СВЧ граница сверхпроводимости. Эффект Джозефсона. Бозе конденсация куперовских пар.

__________________________________________

вопросы, помеченные «*» - для самостоятельного изучения.

Самые необычные способы выработки электроэнергии / Статьи и обзоры / Элек.ру

Доступ к безграничной энергии — едва ли не самая востребованная идея человечества. Недаром новые разработки, которые навсегда избавили бы население Земли от нехватки энергии, то и дело появляются в научных корпоративных и университетских лабораториях.

Генератор из турникетов, пьезоэлементы в напольной плитке, выработка электроэнергии при помощи «лежачих полицейских», использование вулканической энергии или сточных вод — каких только методов электрогенерации не предложили исследователи за последнее десятилетие. В 2020 году этот список пополнили новые изобретения, позволяющие получать электричество из необычных источников. И хотя сроки масштабной реализации этих проектов отодвигаются на годы или даже десятилетия, это не останавливает изобретателей, вновь и вновь пытающихся получить хотя бы первые микроватты энергии из альтернативных источников.

Электричество из воздуха

В лаборатории Университета Массачусетса в Амхерсте (UMass Amherst) создан Air-gen — пневматический генератор с электропроводящими белковыми нанопроволоками, которые производят микробы Geobacter.

Тонкая пленка из нанопроволок толщиной менее 10 мкм нижним и верхним концами касается миниатюрных электродов. Она адсорбирует водяной пар из воздуха, создавая на устройстве градиент напряжения. Комбинация электропроводности и химического состава поверхности белковых нанопроволок в сочетании с порами между ними в пленке создает условия для генерации электрического тока. По мнению исследователей, с помощью Air-gen можно генерировать электроэнергию даже в условиях низкой влажности, сравнимых с пустыней Сахарой.

В лабораторном прототипе генератора удалось получить постоянное напряжение около 0,5 В на пленке толщиной 7 мкм с плотностью тока 17 мкА на квадратный сантиметр. Этого достаточно, чтобы обеспечить работу малогабаритной электроники. Но если запустить в производство так называемый патч Air-gen, то он сможет заменить аккумуляторы в браслетах для фитнеса, умных часах и мобильных телефонах.

Падающие с высоты капли — это не просто дождь, а возобновляемый источник электроэнергии

В Городском университете Гонконга (City university of Hong Kong) разработан электрогенератор на основе падающих капель воды с полевой транзисторной структурой (ПТС). Устройство обеспечивает очень высокую эффективность преобразования энергии и удельную мощность до 50,1 Вт/кв. м, что на несколько порядков выше, чем у аналогичных трибогенераторов.

Исследователи применили для сбора энергии от ударов падающих капель устройство, состоящее из верхней политетрафторэтиленовой пленки на подложке из оксида индия и олова, и алюминиевого электрода. Падая на верхний слой и растекаясь, капли соединяют алюминиевый электрод и электрод из оксида индия и олова. Тем самым компоненты создают электрическую систему с замкнутым контуром, преобразуя обычный межфазный эффект в объемный эффект и увеличивая мгновенную плотность мощности.

В лабораторном генераторе капля воды объемом 100 микролитров (0,1 г), падающая с высоты 15 см, генерирует напряжение более 140 В, зажигая 100 светодиодных лампочек. Кинетическая энергия падающей воды обусловлена гравитацией и может рассматриваться как возобновляемая. По мнению исследователей, этот метод получения электроэнергии применим везде, где вода попадает на твердую поверхность — от корпуса судна до зонтика.

«Из света в тень перелетая»

Солнечные электростанции используют энергию солнечного света, и любое изменение оптимального угла падения лучей, а уж тем более тень снижают эффективность фотопанелей. Однако ученые из Национального университета Сингапура (National university of Singapore, NUS) создали SEG-генератор (Shadow-effect energy generator), использующий эффект солнечной тени. Электрический ток в генераторе возникает благодаря разности потенциалов между участками с контрастным освещением. SEG-генератор работает наиболее эффективно тогда, когда половина его поверхности освещена ярким солнцем, а другая находится в тени. Генерирующая поверхность состоит из ячеек, в которых на кремниевую подложку нанесена сверхтонкая пленка золота.

В помещении удельная плотность электромощности устройства составляет 0,14 мкВт на квадратный сантиметр, а полученной под воздействием тени энергии (1,2 В) достаточно для управления электронными часами.

Кроме того, SEG может служить датчиком движения с автономным питанием, отслеживая перемещение теней, и использоваться в интеллектуальных сенсорных системах. Благодаря рентабельности, простоте и стабильности, SEG имеет широкие перспективы применения — от выработки «зеленой» энергии до силовой электроники, уверяют исследователи.

Источники электроэнергии вокруг нас

Электричество, которое присутствует в домах, офисах, рабочих помещениях и автомобилях, создает низкоуровневые магнитные поля. В Пенсильванском университете (University of Pennsylvania) разработан способ для сбора этих случайных магнитных полей и преобразования их энергии в электричество.

Ученые использовали композитную структуру, сложив вместе два разных материала. Один из них является магнитострикционным и преобразует магнитное поле в напряжение, а другой — пьезоэлектрическим и преобразует напряжение или колебания в электрическое поле.

Чтобы получить электроэнергию, тонкие, как бумага, генераторы длиной около 1,5 дюйма (3,8 см) размещаются на приборах, источниках света и в других местах наибольшего магнитного поля. На расстоянии 4 дюймов (более 10 см) от обогревателя такое устройство производило достаточно электроэнергии для питания 180 светодиодных матриц, а на расстоянии 8 дюймов (почти 20,5 см) — для питания цифрового будильника.

По мнению разработчиков, эта технология имеет значение при проектировании интеллектуальных зданий, в которых применяются автономные беспроводные сенсорные сети для дистанционного мониторинга и управления.

Бактерии для биохимической генерации энергии

Получением электроэнергии с помощью различных микроорганизмов занимаются многие изобретатели во всем мире. Исследователи из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали макет биотопливной установки для получения электричества с помощью штаммов сине-зеленых водорослей Anabaena и Synechococcus, которые обладают бактериальной структурой клеток. Эти водоросли способны использовать солнечный свет для получения энергии, воду в качестве донора электронов, а углекислый газ из воздуха для получения углеродсодержащих соединений.

Лабораторная модель биотопливного элемента на основе водорослей позволила сгенерировать электроэнергию под действием солнечного света. Чтобы увеличить эффективность установки, петербургские ученые оптимизировали параметры наноструктурированных анодов из различных углеродных материалов, на которые осаждались микроорганизмы. Ячейка с бактерией Synechococcus на гибридном углеродном аноде показала наибольшую эффективность — 183 мВт/кв. м.

Электростанция галактического масштаба

Черные дыры обладают колоссальной энергией, и за последние полвека ученые предложили немало вариантов, как воспользоваться этим источником или его искусственным аналогом. На этот раз физики Лука Комиссо (Luca Comisso) из Колумбийского университета (Нью-Йорк, США) и Фелипе Асенжо (Felipe A. Asenjo) из Университета Адольфо Ибаньеса (Саньтьяго, Чили) предложили новый способ получения энергии из черных дыр путем размыкания и повторного соединения линий магнитного поля вблизи горизонта событий.

Эта область пространства обычно заполнена плазмой из остатков вещества, еще не поглощенного черной дырой. Формируя «косички» из линий магнитного поля, можно заставить заряженные частицы ускоряться до околосветовых скоростей либо в направлении вращения черной дыры, либо против.

Частицы плазмы, которые двигаются против вращения, будут иметь противоположный спин, получат отрицательную энергию и исчезнут в гравитационной яме. А двигающиеся в направлении вращения частицы ускорятся и смогут избежать хватки черной дыры, а также унести часть ее энергии. По подсчетам исследователей, если когда-нибудь можно будет реализовать такой процесс, то его производительность достигнет не менее 150 %.

Источник: Татьяна Рейтер, журнал «Электротехнический рынок»

почему мы не используем магнитную энергию Земли для создания электричества?

Любопытные дети - серия для детей. Если у вас есть вопрос, на который вам нужен эксперт, отправьте его по адресу [email protected] Вам также может понравиться подкаст «Представь это», совместное производство ABC KIDS listen и The Conversation, основанное на «Любопытных детях».


Почему мы не используем магнитную энергию Земли для создания электричества? - ученица 5-го класса естественных наук г-жи Браун Южной начальной школы Неэрим, Виктория.


Привет!

Сначала это звучит неплохо, но не очень практично. Прежде чем я объясню почему, позвольте мне сначала объяснить, как мы производим электричество, если кто-то, читающий это, еще не знает.

Электричество (скажем, «электрический ток») - это когда электрически заряженные частицы текут, как вода в трубе. Есть два вида электрических зарядов - положительный и отрицательный. Положительные заряды притягивают отрицательные заряды, но две частицы с одинаковым зарядом (как положительные, так и отрицательные) будут отталкиваться.Это означает, что они раздвигаются.

Другими словами, противоположности притягиваются.

Обычно электрический ток состоит из крошечных отрицательных зарядов, называемых «электронами», которые исходят от атомов.

Все, к чему вы можете прикоснуться, состоит из атомов. Каждый атом окружен облаком электронов, беспорядочно движущихся, как пчелы, вокруг улья, притягиваемых положительными зарядами в центре (или «ядре») атома.

Электрический ток обычно возникает, когда электроны покидают свои атомы и перетекают к другим атомам.


Читать далее: Любопытные дети: как и почему магниты слипаются?


Как создать электрический ток

Есть три основных способа производства электрического тока.

Первый - это батарейки. В батареях существует «электрохимическая реакция», которая заставляет электроны перемещаться от одного типа атома к другому с более сильным притяжением к электронам. Батарея предназначена для того, чтобы заставить эти электроны проходить через провод в ваши электронные устройства.

Второй способ - солнечные батареи. Световая энергия поглощается электронами в чем-то, что называется «полупроводниками» (обычно кремнием), что заставляет электроны двигаться, создавая электрический ток.

Но я думаю, вы спрашиваете о третьем способе, который обычно используется для генерации электрического тока для электрических розеток в вашем доме.

Прядение бухты проволоки в сильном магнитном поле

Третий способ - быстро провести электрический провод через магнитное поле.Вам нужно сделать это, потому что электроны в проводе не могут чувствовать магнитную силу, если они не движутся.

Чтобы получить ток, достаточный для всех, вы должны пропустить много провода через магнитное поле. Мы делаем это, быстро раскручивая катушку (содержащую множество петель из проволоки) в сильном магнитном поле.

Во время каждого поворота катушки электроны получают толчок от магнитного поля, перемещая их. Это создает электрический ток. На этой анимации S представляет собой «южный полюс» магнита, а N - «северный полюс».Анимация показывает только одну петлю из проволоки, вращающейся в магнитном поле. В реальном генераторе были бы сотни или даже тысячи петель.

Машины, которые это делают, называются генераторами. Вы можете вращать змеевик, используя падающую воду (это называется «гидроэлектричество»), пар (полученный из угля, нефти, газа, ядерной энергии или тепла от Солнца), ветряные турбины, использующие ветер, и так далее.

В большинстве генераторов каждый раз, когда катушка делает пол-оборота, электроны получают магнитный удар.В следующий пол-оборота они получают магнитный удар в обратном направлении. Это означает, что направление тока продолжает быстро меняться в течение многих циклов.

Электрический ток, меняющий направление, называют «переменным током» или сокращенно AC. Батареи вырабатывают ток, который движется только в одном направлении, называемом «постоянный ток» или сокращенно DC.

В генераторах мы не забираем энергию из магнитного поля. Энергия, переходящая в электрический ток, на самом деле исходит из энергии, используемой для вращения катушки.Ученые называют это «кинетической энергией».

Обратно к магнитному полю Земли

Теперь (наконец!) Отвечу на ваш вопрос: почему бы нам не использовать магнитное поле Земли для выработки электричества?

Сила тока, производимого генератором, в основном зависит, по крайней мере, от трех вещей: 1) количества витков провода в катушке, 2) скорости вращения катушки и 3) силы магнитного поля.

Магнитное поле Земли очень слабое, поэтому от вашего генератора будет очень мало тока.

Насколько слаб? Вы когда-нибудь видели магниты из неодима, железа и бора в форме пуговиц, которые также называют «неомагнитами»? (Будьте осторожны, они действительно могут вас ущипнуть).

Эти магниты маленькие, но мощные. Flickr / brett jordan, CC BY

У них магнитные поля примерно в 6000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Магнитные поля внутри электрических генераторов похожи на это.

Даже магниты на холодильник имеют магнитные поля примерно в 200 раз сильнее, чем у Земли.

Обновление: эта статья была обновлена ​​21 мая, чтобы включить ядерную энергию в список источников энергии.


Читать далее: Любопытные дети: почему с деревьев падают листья?


Здравствуйте, любопытные ребята! У вас есть вопрос, на который вы хотите получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить свой вопрос по адресу [email protected]

CC BY-ND

Скажите, пожалуйста, свое имя, возраст и город, в котором вы живете.Мы не сможем ответить на все вопросы, но сделаем все, что в наших силах.

Как магниты используются для выработки электроэнергии?

Когда проводник помещается в изменяющееся магнитное поле, электроны в проводнике перемещаются, генерируя электрический ток. Магниты создают такие магнитные поля и могут использоваться в различных конфигурациях для выработки электроэнергии. В зависимости от типа используемого магнита вращающийся электрический генератор может иметь магниты, расположенные в разных местах, и может генерировать электричество по-разному.Большая часть используемой электроэнергии поступает от генераторов, которые используют магнитные поля для производства этого электричества.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Электрические генераторы вращают катушки проводов через магнитные поля, создаваемые постоянными или электрическими магнитами. Когда проводящие катушки движутся через магнитные поля, электроны в проводах движутся, создавая электрический ток.

Использование магнетизма для создания электричества

Хотя все большее количество электричества вырабатывается солнечными панелями и небольшое количество получается из батарей, большая часть электричества вырабатывается генераторами, которые используют магнитные поля для создания электричества.Эти генераторы состоят из катушек проволоки, которые либо вращаются под действием магнитных полей, либо неподвижны вокруг вала с вращающимися магнитами. В любом случае катушки с проволокой подвергаются воздействию изменяющихся магнитных полей, создаваемых магнитами.

Магниты могут быть постоянными или электрическими. Постоянные магниты в основном используются в небольших генераторах, и у них есть то преимущество, что они не нуждаются в источнике питания. Электромагниты бывают из железа или стали, намотанных проволокой. Когда электричество проходит через провод, металл становится магнитным и создает магнитное поле.

Катушки проводов генераторов являются проводниками, и когда электроны в проводах подвергаются воздействию изменяющихся магнитных полей, они перемещаются, создавая в проводах электрический ток. Провода соединены вместе, и электричество в конечном итоге покидает электростанцию ​​и направляется в дома и фабрики.

Попытка построить вечный магнитный генератор

Когда в генераторе используются постоянные магниты, вам просто нужно повернуть вал генератора, чтобы произвести электричество.После того, как эти генераторы были впервые разработаны, люди думали, что они могут заставить генератор приводить в действие двигатель, который затем вращал бы генератор. Они думали, что если двигатель и генератор будут точно согласованы, они смогут построить магнитный источник энергии, который будет работать вечно как вечный двигатель.

К сожалению, не сработало. Хотя такие генераторы и двигатели очень эффективны, они все же имеют электрические потери в сопротивлении проводов и трение в подшипниках вала.Даже когда люди, проводившие эксперименты, заставляли генератор-двигатель работать некоторое время, в конечном итоге он останавливался из-за потерь и трения.

Как работает типичный генератор электростанции

На крупных электростанциях установлены большие генераторы размером с комнату, которые вырабатывают электричество с помощью магнитных полей из электрических магнитов. Обычно электромагниты устанавливаются на валу и подключаются к источнику электроэнергии. Когда включается электричество, электрические магниты создают мощные магнитные поля.Катушки с проволокой смонтированы вокруг вала. Когда вал с магнитами вращается, катушки с проволокой подвергаются воздействию изменяющихся магнитных полей, и в проводах генерируется электрический ток.

Можно использовать множество различных методов, чтобы валы генераторов вращались и производили электричество. В ветряных турбинах пропеллер вращает вал. На угольных и атомных электростанциях тепло от сжигания угля или ядерной реакции создает пар для запуска турбины, которая приводит в действие генератор.На электростанциях, работающих на природном газе, газовая турбина выполняет ту же работу. Электростанциям нужен источник энергии, который может заставить вращаться вал генератора, а затем магниты могут создавать магнитные поля, генерирующие электричество.

Электроэнергия из магнитного поля Земли

& bullet; Physics 9, 91

Лазейка в результате классического электромагнетизма может позволить простому устройству на поверхности Земли генерировать крошечный электрический ток из магнитного поля планеты.

P. Reid / Univ. of Edinburgh

Отслеживание вращения Земли. Хотя магнитное поле Земли не выровнено точно с осью вращения планеты, есть компонент поля, который симметричен относительно этой оси. Предлагаемое устройство, взаимодействующее с этим компонентом, будет извлекать энергию из вращения Земли для производства электроэнергии. Вращение Земли. Хотя магнитное поле Земли не выровнено точно с осью вращения планеты, есть компонент поля, который симметричен относительно этой оси.Предлагаемое устройство, взаимодействующее с этим компонентом ... Показать еще

P. Reid / Univ. Эдинбург

Учет вращения Земли. Хотя магнитное поле Земли не выровнено точно с осью вращения планеты, есть компонент поля, который симметричен относительно этой оси. Предлагаемое устройство, взаимодействующее с этим компонентом, будет извлекать энергию из вращения Земли для производства электроэнергии. ×

Может показаться, что классическая электромагнитная теория преподнесет немного сюрпризов, но два исследователя утверждают, что один аспект полученной мудрости неверен.Теоретически они показывают, что устройство, пассивно сидящее на поверхности Земли, может генерировать электрический ток за счет взаимодействия с магнитным полем Земли. Мощность предлагаемого устройства будет измеряться в нановаттах, но, в принципе, ее можно увеличить.

Эксперимент столетней давности показал, что если любой электромагнит с цилиндрической симметрией (симметрией стержневого магнита) вращается вокруг своей длинной оси, его магнитное поле не вращается [1]. В магнитном поле Земли есть компонент, симметричный относительно оси вращения (который не совмещен с магнитными полюсами), поэтому согласно этому старому принципу осесимметричный компонент не вращается.Любой неподвижный объект на поверхности Земли проходит через эту составляющую поля, которая постоянна на любой заданной широте.

Другой основной результат электромагнетизма гласит, что электрический ток не будет развиваться внутри проводящего объекта, движущегося через однородное магнитное поле. Заряды внутри материала испытывают боковую силу, которая, в принципе, может производить ток. Но смещения электронов и ядер атомов быстро создают статическое электрическое поле, противодействующее магнитной силе. Равновесие между электрическими и магнитными силами устанавливается быстро, поэтому после небольшой начальной перестройки нет чистого движения заряда.

Этот принцип, кажется, подавляет любую идею о том, что стационарное устройство на поверхности Земли, движущееся с постоянной скоростью через невращающуюся часть поля Земли, может генерировать любую электрическую энергию. Но Крис Чиба из Принстонского университета и Кевин Хэнд из Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния, увидели путь вперед.

Чтобы создать ток в проводнике, им нужно было создать магнитную силу на электронах, которую нельзя было полностью нейтрализовать электрической силой. Используя то, что они называют лазейкой в ​​традиционном аргументе о невозможности, теоретики показывают, что существуют конфигурации магнитных полей, которые нельзя устранить электрически; однако для этих конфигураций требуются особые условия.

Исследователи показывают, что такая конфигурация магнитного поля возможна в проводящей цилиндрической оболочке из материала с необычными магнитными свойствами.Во-первых, они указывают, что (как показали другие) магнитное поле внутри такой оболочки, расположенной на поверхности Земли, скажем, ориентированной вертикально на экваторе, значительно меньше поля снаружи. По мере того, как этот объект пронизывает поле планеты, он постоянно сталкивается с однородным полем Земли и искажает его в некоторую неоднородную конфигурацию, при которой поле подавляется во внутреннем пространстве. Если магнитные свойства материала оболочки препятствуют быстрому искажению входящего поля, то поле никогда не достигнет той конфигурации, в которой оно находилось бы в состоянии покоя.Чиба и Хэнд утверждают, что возникающая магнитная сила не может быть нейтрализована возникающим электрическим полем. Команда показывает, что в этой ситуации электрический ток может течь по определенным замкнутым путям внутри цилиндрической оболочки. Электроды могут подключаться к этому источнику энергии, который, как доказывают Чиба и Хэнд, в конечном итоге исходит из энергии вращения Земли.

Чтобы разработать свое новое устройство, Чибе и Хэнд понадобился проводящий материал с таким необычным магнитным откликом - сложная комбинация.В качестве примера такого материала они обнаружили марганцево-цинковый феррит под названием MN60, который имеет нужные свойства, будучи, по словам Чибы, «плохим проводником, проводимость которого составляет примерно одну десятую проводимости морской воды».

Во многом из-за плохой проводимости мощность, которую прогнозирует команда, мала. Цилиндр длиной 20 см и диаметром 2 см будет генерировать десятки нановатт при десятках микровольт. Чиба думает, что есть способы увеличить эти цифры, но подчеркивает, что первая задача - это экспериментальное испытание, чтобы показать, что механизм действительно работает.

Филип Хьюз, радиоастроном из Мичиганского университета в Анн-Арборе, изучающий магнитогидродинамику астрофизических объектов, говорит, что механизм Чибы и Хэнда «основан на физике звука», но менее оптимистично настроен по поводу возможности масштабирования. Чиба говорит, что если механизм окажется правильным - а он непреклонен в том, что только эксперименты могут сказать наверняка, - он надеется, что инженеры начнут работать над улучшением результатов. Одна возможность, которую стоит изучить, предполагает он, - это двухслойный цилиндр, в котором медленный магнитный материал индуцирует геометрию поля, генерирующего ток, в соседнем материале с более высокой проводимостью.

Это исследование опубликовано в журнале « Physical Review Applied ».

–Дэвид Линдли

Дэвид Линдли - внештатный научный писатель из Александрии, штат Вирджиния.

Ссылки

  1. С. Дж. Барнетт, «Об электромагнитной индукции и относительном движении», Phys. Ред. (Серия I) 35 , 323 (1912).

Тематические области

Статьи по теме

Другие статьи

Любопытные дети: Почему мы не используем магнитное поле Земли для создания электричества? - The Conversation - ABC Education

The Conversation просит детей присылать вопросы, на которые им нужен эксперт. Ученик начальной школы Нерим Южный в Виктории хочет знать, почему мы не используем магнитную энергию, которую дает Земля, для производства электричества. Объясняет знаток физики.

Поначалу это звучит неплохо, но не очень практично. Прежде чем я объясню почему, позвольте мне сначала объяснить, как мы производим электричество, если кто-то, читающий это, еще не знает.

Электричество (скажем, «электрический ток») - это когда электрически заряженные частицы текут, как вода в трубе.Есть два вида электрического заряда: положительный и отрицательный. Положительные заряды притягивают отрицательные заряды, но две частицы с одинаковым зарядом (как положительные, так и отрицательные) будут отталкиваться. Это означает, что они раздвигаются.

Другими словами, противоположности притягиваются.

Обычно электрический ток состоит из крошечных отрицательных зарядов, называемых «электронами», которые исходят от атомов.

Все, к чему можно прикоснуться, состоит из атомов. Каждый атом окружен облаком электронов, беспорядочно движущихся, как пчелы, вокруг улья, притягиваемых положительными зарядами в центре (или «ядре») атома.

Электрический ток обычно возникает, когда электроны покидают свои атомы и перетекают к другим атомам.

Как создать электрический ток

Есть три основных способа производства электрического тока.

Первый - это батарейки. В батареях существует «электрохимическая реакция», которая заставляет электроны перемещаться от одного типа атома к другому с более сильным притяжением к электронам. Батарея предназначена для того, чтобы заставить эти электроны проходить через провод в ваши электронные устройства.

Второй способ - солнечные батареи. Световая энергия поглощается электронами в чем-то, что называется «полупроводниками» (обычно кремнием), что заставляет электроны двигаться, создавая электрический ток.

Но я думаю, вы спрашиваете о третьем способе, который обычно используется для генерации электрического тока для электрических розеток в вашем доме.

Прядение катушки с проволокой в ​​сильном магнитном поле

Этот третий способ заключается в быстром перемещении электрического провода через магнитное поле.Вам нужно сделать это, потому что электроны в проводе не могут чувствовать магнитную силу, если они не движутся.

Чтобы получить ток, достаточный для всех, вы должны пропустить много провода через магнитное поле. Мы делаем это, быстро раскручивая катушку (содержащую множество петель из проволоки) в сильном магнитном поле.

Во время каждого поворота катушки электроны получают толчок от магнитного поля, перемещая их. Это создает электрический ток. На этой анимации S представляет собой «южный полюс» магнита, а N - «северный полюс».Анимация показывает только одну петлю из проволоки, вращающейся в магнитном поле. В реальном генераторе были бы сотни или даже тысячи петель.

Машины, которые это делают, называются генераторами. Вы можете вращать змеевик, используя падающую воду (это называется «гидроэлектричество»), пар (полученный из угля, нефти, газа, ядерной энергии или тепла от Солнца), ветряные турбины, использующие ветер, и так далее.

В большинстве генераторов каждый раз, когда катушка делает пол-оборота, электроны получают магнитный удар.В следующий пол-оборота они получают магнитный удар в обратном направлении. Это означает, что направление тока продолжает быстро меняться в течение многих циклов.

Электрический ток, меняющий направление, называют «переменным током» или сокращенно AC. Батареи вырабатывают ток, который движется только в одном направлении, называемом «постоянный ток» или сокращенно DC.

В генераторах мы не забираем энергию из магнитного поля. Энергия, переходящая в электрический ток, на самом деле исходит из энергии, используемой для вращения катушки.Ученые называют это «кинетической энергией».

Вернуться к магнитному полю Земли

Теперь (наконец-то!) Отвечу на ваш вопрос: почему бы нам не использовать магнитное поле Земли для выработки электричества?

Сила тока, производимого генератором, в основном зависит, по крайней мере, от трех вещей: 1) количества витков провода в катушке, 2) скорости вращения катушки и 3) силы магнитного поля.

Магнитное поле Земли очень слабое, поэтому ваш генератор будет получать очень слабый ток.

Насколько слаб? Вы когда-нибудь видели магниты из неодима, железа и бора в форме пуговиц, которые также называют «неомагнитами»? (Будьте осторожны - они действительно могут вас ущипнуть).

Эти магниты маленькие, но мощные. (Flickr / brett jordan, CC BY)

Их магнитные поля примерно в 6000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Магнитные поля внутри электрических генераторов похожи на это.

Даже магниты на холодильник имеют магнитные поля примерно в 200 раз сильнее, чем у Земли.

Найдите дополнительные образовательные ресурсы по физике на сайте ABC Education.


Здравствуйте, любопытные ребята! У вас есть вопрос, на который вы хотите получить ответ от эксперта? Попросите взрослого отправить его по адресу [email protected] Убедитесь, что они включают ваше имя, возраст и город, в котором вы живете. Приветствуются все вопросы - серьезные, странные или дурацкие!

Стивен Дж. Бози, старший преподаватель физики, Университет Новой Англии . Эта статья переиздана из журнала The Conversation.Прочтите оригинальную статью.
Изображение 1: Изображение предоставлено НАСА / Марк Ванде Хей, CC BY

Медь и электричество - как вырабатывать электричество из движения

Что такое генератор?
Ветряная турбина включает генератор для выработки электроэнергии. Ветер заставляет его вращаться. В свою очередь, турбина вращает генератор; внутри генератора находится катушка с проволокой, которая вращается в магнитном поле. Если повернуть катушку, в катушке появится напряжение. Напряжение может управлять током по кабелям национальной сети, чтобы осветить наши дома.

(С любезного разрешения «Новости альтернативной энергетики».)

Компоненты ветряной турбины.

Генераторы на электростанции похожи, но намного больше. Они способны производить многие мегаватты энергии.

Генератор немного похож на двигатель заднего хода. Приводим в движение и вынимаем электрический ток.

Это пример электромагнитной индукции - в катушке возникает напряжение, когда она движется в магнитном поле.

Внутри генератора
Внутренняя часть простого генератора очень похожа на внутреннюю часть простого электродвигателя.Есть катушка, которая может свободно вращаться между двумя магнитами. Магниты связаны стальным каркасом, а катушка соединяется с проводами с помощью щеток. Однако вместо коммутатора в генераторе используются контактные кольца. Таким образом, контакты не меняются местами - каждая щетка поддерживает контакт с одним концом катушки на протяжении всего цикла.

Напряжение индуцируется, когда катушка вращается в магнитном поле. Смотрите видео ниже.

Простая анимация генерации постоянного тока. (Любезно предоставлено Стивеном Карпентером.)

Уведомление:

  • положение катушки, когда наведенное напряжение достигает максимального значения.
  • изменение направления тока во время цикла.

Что заставляет генератор работать?
Генератор вырабатывает напряжение. Он подает ток, когда мы подключаем его к нагрузке (например, к лампочке). Ток загорается лампочкой. Однако это также затрудняет вращение генератора.

Мы должны усерднее работать, чтобы генератор продолжал вращаться после того, как потребляется ток.Чем больше тока мы получаем от генератора, тем сложнее его повернуть.

В этом есть смысл: мы ничего не получаем даром. Как только мы заставим генератор работать за нас, мы должны вложить в него больше работы. И чем больше у нас работы, тем больше работы мы должны вложить. Если бы это было не так, мы бы получали что-то бесплатно. А это противоречило бы идеям сохранения энергии.

Есть веская физическая причина, по которой становится труднее повернуть генератор, когда он выдает ток: он начинает вести себя как двигатель.В катушках течет ток. Следовательно, на катушки действует сила - как если бы это был двигатель. И эта сила будет противодействовать движению генератора и затруднять его вращение. Это физическое происхождение закона Ленца. Сила наведенного тока противостоит силе, которую вы прикладываете, чтобы заставить ток течь.

Работа на входе, электричество отключено
Когда вы крутите педали на велосипеде, становится труднее, когда динамо работает, чтобы включить свет. Дело не только в увеличении трения.Вы должны сделать работу, чтобы динамо-машина снабжала свет электричеством. И чем больше тока потребляет лампа, тем сложнее крутить педали.

Всякий раз, когда мы получаем ток от генератора или динамо-машины, должна быть какая-то механическая движущая сила:

  • Велосипедист крутил педали, чтобы включить динамо-машину (используя химическую энергию из пищи).
  • Ветер вращает турбину; ветер стихает.
  • Движущийся пар на тепловой электростанции вращает турбины, которые вращают генераторы (мы должны сжигать больше топлива, чтобы произвести больше пара).

В каждом случае мы ничего не получаем даром. Чтобы подать электрический ток, нам нужно выполнять механическую работу.

Велосипедное динамо-машина генерирует напряжение для зажигания лампы. Чем больше сила тока, тем труднее крутить педали.

Что такое индукция?

Создание напряжения
Мы можем навести напряжение в проводе с помощью магнитного поля. Нам нужно заставить проволоку двигаться по полю.Мы называем напряжение наведенной ЭДС (электродвижущей силой). Чем быстрее проводник движется через поле, тем больше наведенная ЭДС. Это закон Фарадея.

Если мы переместим провод в другую сторону, то направление ЭДС изменится на противоположное.

ЭДС упадет до нуля, если на проводе:

  • останавливается или
  • находится вне магнитного поля.

Проволоку необходимо прорезать линии потока, чтобы вызвать ЭДС.

Создание напряжения в проводе, проходящем через магнитное поле.

Чем быстрее проводник движется через поле, тем больше наведенная ЭДС.

При перемещении провода в противоположном направлении направление ЭДС меняется на противоположное.

ЭДС падает до нуля, если провод перестает двигаться или выходит за пределы магнитного поля.

Мы получаем наибольшее наведенное напряжение, когда эти три величины расположены под прямым углом друг к другу:

  • движение кондуктора.
  • магнитное поле Б.
  • провод (а значит, и наведенная ЭДС).

Почему у нас напряжение?
Представьте, что несколько свободных электронов (или пучок электронов) попадают в магнитное поле. На электроны будет действовать сила. Электроны имеют отрицательный заряд. Это означает, что, хотя электроны движутся слева направо, они подобны току, текущему справа налево.

Мы можем использовать правило мотора левой руки Флеминга, чтобы определить направление силы.Это вниз. Таким образом, электроны выталкиваются вниз.

Кусок медной проволоки также содержит свободные электроны (A). Поэтому, когда проволока движется в поле, электроны выталкиваются вниз (B). Это оставляет чистый положительный заряд в верхней части провода. Следовательно, заряд разделяется в проводе, создавая напряжение (C). Верх стал более позитивным, а нижний - более негативным.

(А)

(В)

(К)

В каком направлении находится сила?
Эта ЭДС подобна ЭДС клетки.Он может управлять током по цепи. Если к проводу прикрепить нагрузку, то будет течь ток. Мы называем это индуцированным током. Однако, как только мы снимаем ток с провода, провод ощущает силу (провод, несущий ток в магнитном поле, ощущает силу).

Мы можем использовать правило моторики левой руки Флеминга, чтобы определить направление силы. В данном случае это вниз.

Другими словами, сила будет противодействовать движению проволоки.Проволока замедлится. Если мы хотим, чтобы он продолжал двигаться, нам нужно его подтолкнуть.

Если мы возьмем из провода больший ток, нам придется протолкнуть его сильнее. Чем больше ток, который мы получаем от наведенной ЭДС, тем больше работы мы должны приложить.

В этом есть смысл: мы ничего не получаем даром. Когда мы берем больший ток, мы заставляем наведенную ЭДС выполнять за нас больше работы с электричеством. Следовательно, мы должны приложить больше механических усилий. Это сохранение энергии.

Закон Ленца
Когда мы начинаем получать ток из индуцированного напряжения, на провод действует сила. Мы уже видели, что сила будет замедлять провод или затруднять его удержание. Это выражено в законе Ленца:

«Индуцированный ток течет таким образом, чтобы противодействовать движению, которое его вызвало».

Закон Ленца основан на идее сохранения энергии. Если бы индуцированный ток не протекал таким образом, мы могли бы получить что-то бесплатно.

Индукция в катушках

Наведение тока
Представьте себе магнит рядом с катушкой из медной проволоки. Катушка подключена к чувствительному амперметру. Когда магнит неподвижен, в катушке нет тока. Однако, если мы подвинем магнит к катушке, амперметр сдвинется вправо. Теперь давайте вытащим магнит. Катушка щелкнет влево.

Это показывает, что мы индуцировали ток в катушке - но только во время движения магнита. Направление тока зависело от направления движения.

Чтобы получить длительный ток от катушки, мы должны постоянно вдавливать и вытягивать магнит. Это заставит ток двигаться вперед и назад. Другими словами, мы создали переменный ток.

Но как определить, в каком направлении будет течь ток? Используя закон Ленца.

Закон Ленца и катушки
Когда мы индуцируем ток в катушке, она становится электромагнитом. Один конец катушки - это северный полюс, а другой конец - южный полюс.

Когда северный полюс нашего магнита движется к левому концу катушки, индуцированный ток течет против часовой стрелки (если смотреть на левый конец). Это превращает левый конец катушки в северный полюс. И этот северный полюс пытается отразить входящий северный полюс магнита.

Итак, индуцированный ток противодействует движению, которое его вызвало (из закона Ленца).

Когда мы вытаскиваем магнит, левый конец катушки становится южным полюсом (чтобы попытаться удержать магнит).Следовательно, индуцированный ток должен течь по часовой стрелке.

Поддержание тока
Мы можем установить магнит на коленчатый вал и повернуть ручку, чтобы сделать простой генератор.

Как всегда, мы должны продолжать вращать магнит, чтобы преодолеть противодействующую силу, создаваемую индуцированным током. Т.е. мы должны выполнять механическую работу, чтобы получить электроэнергию.

В некоторых генераторах используется магнит, перемещающийся рядом с катушкой. Другие используют движущуюся катушку в магнитном поле.Хотя движется катушка, это работает по тому же принципу - магнитное поле движется относительно катушки.

Еще раз о движущихся катушках
Теперь мы можем понять, почему мы получаем индуцированное напряжение в движущейся катушке. Есть два взгляда на это.

  • провода на стороне катушки прорезают линии магнитного потока.
  • катушка продвигается к северному полюсу, затем к южному полюсу и так далее.

Флюс и плотность потока

Наведение тока
Мы видели, что мы можем индуцировать ЭДС, изменяя величину магнитного поля в цепи.Мы можем сделать это, пропуская провод через магнитное поле или перемещая магнит рядом с катушкой. Но что мы подразумеваем под величиной магнитного поля?

Магнитный поток
Представьте себе провод, движущийся в магнитном поле. Мы представляем магнитное поле с помощью силовых линий. По мере того, как провод движется по полю, он прорезает силовые линии. Количество силовых линий, перерезаемых проволокой, называется магнитным потоком. Это связано с площадью магнитного поля, которое пересекает провод, и силой магнитного поля (плотностью магнитного потока).

Мы можем увеличить поток, перемещая провод быстрее или увеличивая напряженность магнитного поля. Это похоже на приближение магнита к катушке в предыдущем примере.

Таким образом, поток в цепи изменяется независимо от того, мы ли:

  • переместите провод в устойчивом поле, или
  • изменить поле.

И в каждом случае мы получаем наведенную ЭДС.

Плотность магнитного потока
Магнитный поток можно представить как количество силовых линий.Иногда мы называем их линиями магнитного потока. Чем ближе друг к другу линии потока, тем сильнее поле. То есть напряженность поля представлена ​​плотностью линий магнитного потока. Иногда мы называем напряженность магнитного поля B плотностью магнитного потока. И мы используем эту идею для определения потока:

Напряженность магнитного поля = плотность магнитного потока = поток на единицу площади

B = Φ / A
Φ = B A

Закон Фарадея
Мы видели, что чем быстрее мы перемещаем провод, тем больше индуцируемая нами ЭДС.Фактически, мы обнаруживаем, что ЭДС (ε) пропорциональна скорости изменения потока. Итак, в простой схеме:

ε ∝ dΦ / dt

Это означает, что если мы удвоим скорость проволоки, поток в цепи увеличится в два раза быстрее. Следовательно, ЭДС в два раза больше.

Мы можем увеличить общий поток, соединяющий цепь, используя катушку, а не отдельный кусок провода. В этом случае ЭДС ε будет увеличиваться пропорционально количеству катушек N.Итак, мы получаем выражение для закона Фарадея:

ε = - N (dΦ / dt)

Обратите внимание на знак минус в уравнении. Это указывает на то, что наведенная ЭДС противодействует изменению потока, которое ее произвело.

электромагнетизм - Можно ли использовать магнитное поле Земли для выработки электричества?

электромагнетизм - Можно ли использовать магнитное поле Земли для выработки электричества? - Обмен физическими стеками
Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Зарегистрироваться

Physics Stack Exchange - это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 59k раз

$ \ begingroup $

Поскольку у Земли есть магнитное поле, теоретически можно ли пропустить ее через проводящую металлическую катушку для создания электричества?

Qmechanic ♦

146k2828 золотых знаков341341 серебряный знак17301730 бронзовых знаков

Создан 19 мая.

хмирхмир

24311 золотых знаков22 серебряных знака66 бронзовых знаков

$ \ endgroup $ 1 $ \ begingroup $

Не совсем.Одно только магнитное поле не создает электричество. Изменяется магнитное поле. Магнитное поле Земли действительно немного меняется, но не настолько, чтобы действительно создавать много.

Другой вариант - переместить индуктор в магнитном поле. Магнитное поле Земли довольно однородно на коротких расстояниях, поэтому катушка должна двигаться быстро и очень далеко, чтобы генерировать много энергии. Для этого потребуется больше энергии, чем создается (по крайней мере, на поверхности Земли).

Несколько лет назад был эксперимент (Space Tether Experiment) по протаскиванию проводника через магнитное поле Земли с помощью космического челнока.Я не знаю, насколько это жизнеспособно, потому что я думаю, что это истощает орбитальную энергию.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *