Уткин Владимир. Секрет простейшего электродвигателя

Секрет простейшего электродвигателя

(гравитация участвует в формировании вращения)

От Владимира Уткина u.v@bk.ru

В Сети можно найти конструкцию простейшего электродвигателя, состоящего из элементарной катушки, постоянного магнита и батарейки - Рис.1.

Рис.1 Простейший электродвигатель - катушка с током вращается в поле постоянного магнита.

Эта нехитрая игрушка позабавила многих и скрасила их досуг, однако мало кто задавался вопросом: "Почему катушка с током вращается в поле постоянного магнита?"

Ведь в школе нас учили, что катушка с током должна занимать строго определенное положение по отношению к постоянному магниту. Чтобы катушка вращалась, нужны щетки и смена направления тока - Рис.2.

Рис.2 Классический электродвигатель постоянного тока

Кроме того, если замерить ток, потребляемый простейшим электродвигателем, то окажется, что он минимален на холостом ходу и максимален когда элементарная катушка заторможена - Рис.3.

Рис.3 Потребляемый ток в состоянии свободного вращения и торможения.

То есть, простейший электродвигатель ведет себя так, как классический электродвигатель. Но как это может быть? Вращающаяся в постоянном поле элементарная катушка может генерировать только переменную ЭДС и уменьшать постоянный потребляемый ток при вращении в принципе не может.

Но и это не все. Если простейший электродвигатель перевернуть "вверх ногами", то он может остановиться и начать вращаться в противоположную сторону!!! Гравитация влияет на направление вращения простейшего двигателя? Как такое может быть? Тем не менее, такой эффект наблюдается - Рис.4

Рис.4 Гравитация влияет на направление вращения простейшего электродвигателя.

Есть и еще один парадокс, если попытаться организовать вращение магнита (или магнитов) вокруг катушки с постоянным током, то эксперимент закончится отрицательным результатом - Рис.5.

Рис.5 Постоянный магнит (магниты) вокруг катушки с током не вращается.

Постоянный магнит (магниты) не вращается вокруг катушки с постоянным током. Он занимает по отношению к ней строго определенное положение, то есть именно так как учили в школе!!! Иными словами, катушка с током вращается, а магнит по той же относительной траектории не вращается. При этом, эксперимент был проведен как с двумя магнитами, так и с одним магнитом и противовесом. Результат был одинаков, вращение отсутствует.

И еще одно подозрительное поведение простейшего электродвигателя. Взявшись за ось вращающейся катушки, его очень просто остановить - Рис.6.

Рис.6 Простейший электродвигатель очень легко остановить.

Может возникнуть подозрение, что мало витков или недостаточна сила тока? Попробуем сделать более мощную катушку, намотав большее количество витков. И получим еще один парадокс. Чем больше витков в катушке, тем хуже работает простейший электродвигатель. Странно...

Вот сколько непростых вопросов может задать самая простейшая игрушка при ее внимательном рассмотрении. А казалось бы, ну что там интересного?

А какие "интересные" ответы можно "насочинять" на поставленные вопросы. Например, "изобретая новый электромагнетизм" с привлечением гравитации и т.д. и т.п. Ведь, похоже "старый добрый электромагнетизм не работает"!!!

Однако, придется разочаровать "любителей сенсаций". Перед нами "почти классический" двигатель постоянного тока, имеющий небольшие отличия. И эти небольшие отличия придают ему "удивительные" свойства.

И так, начнем с самого начала. Почему же катушка с постоянным током вращается в поле постоянного магнита?

Секрет заключается в том, что питающий катушку ток не постоянный! Ток прерывается в нужные моменты времени!

Поясним, как это происходит. Если катушку с током крутануть в поле магнита, то будут моменты, когда она притягивается к магниту и моменты когда она отталкивается от магнита. При отталкивании от магнита катушка (если она легкая) слегка поднимается над опорами, разрывая электрическую цепь. Таким образом, преодолевается потенциальная яма, в которую она может попасть без смены направления электрического тока. Движение в этот момент происходит по инерции.

Проверить это достаточно просто, используя контактные площадки для подведения тока, обеспечивающие неразрывность цепи при небольшом поднятии катушки - Рис.7.

Рис.7 Вращение отсутствует без прерывания электрического тока.

После объяснения самого принципа вращения не трудно объяснить и другие "загадочные" эффекты. Так становится понятным, почему возникающая ЭДС является однополярной и снижает потребление тока при вращении катушки. Однополярность возникает при разрыве цепи. Противоположная полуволна просто отсутствует.

Становится также ясно, почему при переворачивании простейшего электродвигателя "вверх ногами" может измениться направление вращения. В этом случае катушку надо поднимать над опорами не за счет силы отталкивания, а за счет силы притяжения, магнит-то находится уже сверху.

Попытка организовать вращение постоянного магнита вокруг катушки с током закончилась отрицательным результатом, поскольку не было организовано прерывания тока в нужные моменты времени. Кроме того, барабан на котором были закреплены магниты, был слишком тяжелым, чтобы подниматься над опорами в нужные моменты времени, если бы даже такая возможность ему была организована.

Тем не менее, положительный эксперимент, показывающий вращение постоянного магнита в поле катушки с током был организован за счет использования легкого по весу магнита из металлопласта, закрепленного на оси - Рис.8. В нужные моменты магнит сам поднимался над опорами и обеспечивал разрыв цепи. При этом, размер катушки и ее положение относительно гравитационного поля пришлось подобрать для лучшего результата.

Рис.8 Вращение магнита в поле катушки с током (сплошная ось с магнитом работает как прерыватель тока).

Становится также понятно, почему катушка с большим количеством витком не вращалась - она была слишком тяжелой, и не поднималась над опорами в нужные моменты времени, разрыва цепи не было.

Легкость прекращения вращения, при взятии рукой за ось катушки, также объясняется нарушением процесса прерывания электрического тока. Катушка не может подниматься над опорами и обеспечивать прерывание тока в нужные моменты времени из-за влияния руки.

Вот такая занимательная физика оказалась у забавной игрушки, под названием "простейший электродвигатель". Теперь и вы сможете "озадачить" своих друзей и знакомых, показав простейшие эксперименты, а затем удивить, дав их физическое объяснение.

Любители экспериментов могут попробовать и другие формы катушек и магнитов - Рис.9.

Рис.9 Другие формы катушек и магнитов для экспериментов.

Комментарии: 15, последний от 21/08/2021. © Copyright Уткин Владимир (u.v@bk.ru) Размещен: 08/07/2019, изменен: 08/07/2019. 9k. Статистика. Статья: Естествознание, Изобретательство Иллюстрации/приложения: 15 шт. Скачать FB2		Оценка: *8.059** Ваша оценка:
Аннотация: Описывается принцип работы игрушки под названием "Простейший электродвигатель". Показано, что в формировании вращения участвует гравитация.

Уткин Владимир : другие произведения.

Секрет простейшего электродвигателя