magnet madness

[jayrandom]

Неделю назад по почте пришли те самые таблеточные магниты, sine qua non. Сила у них оказалась просто невероятной - шестью таблетками (три с одной стороны, три с другой) можно довольно больно прищемить палец взрослому человеку.

(1) Естественно, сразу бросился делать гомополярный мотор. Провод у меня потоньше, рамка быстрее вращается. Нигде не найду хорошей картинки, какие там невидимые силы и куда действуют.

(2) Опыт номер два - railgun. Пока не заработало. Грешу на напряжение: в опыте хотят 9 вольт, а у меня пока в наличии 6. Ещё у меня магниты 15мм в диаметре, а в опыте они, кажется, меньше.

(3) Опыт номер три - самопропихивание батарейки сквозь катушку. Работает! Некоторые замечания: (а) нужно ОЧЕНЬ МНОГО голой проволоки. Не нужно верить ни в 10м ни в 25м - это всё игрушки. Метр проволоки превращается где-то в погонный дюйм пружины! (б) лучше использовать маленькие батарейки. АА проще достать, но они слишком тяжёлые. (в) там совершенно неинтуитивная полярность магнитов. Либо оба юга к батарейке, либо оба севера. "Понять это невозможно".

UPDATE(20.03'2015): нашёл видео опыта номер два. Так я и думал: ток 2А! У меня же батарейки дают 0.3А, и никакого движения. Кроме того оказалось непросто сточить железный стержень строго перпендикулярно оси, и ещё заставить его прилипнуть ровно к середине круглого магнита.

Comments

[schloenski.livejournal.com]

Ух ты! Меня проняло, когда он соединил концы пружины. Вечный двигатель!

[jayrandom.livejournal.com]

Был такой детский анекдот про слона и вечный кайф :)

[nine_k]

А засчёт чего эта штука ездит? Там как-то все цепи не замкнутые.

[jayrandom.livejournal.com]

Наоборот, все цепи замкнутые почти накоротко, а ток огромный.

Магниты неодимовые, они проводят ток. Диаметр магнита чуть больше диаметра батарейки (в моём случае батарейка АА 14мм, а магнит 15мм), так что в опыте (3) магниты немного торчат за пределы батарейки и касаются проволоки, которая обязательно должна быть голой (в отличие от трансформаторной, которая обычно покрыта лаком). При движении батарейки под напряжением всегда находится участок пружины от одного магнита до другого - этакое ползущее окно.

[nine_k]

О, я осознал, что проволока без лака! Тогда да, получается практически railgun, только более эффективный засчёт витков :) Батарейка, думаю, не всякая такой ток выдаст.

[golger-i.livejournal.com]

В гомиполярном моторе, в таком виде, как на видео, легче анализировать, если представить себе, что проволочная рамка стоит на месте, а батарейка с магнитом крутится. Ток по рамке подходит к ободу магнита, и течет от обода к центру. А магнитное поле - сверху вниз (например). Значит ток перпендикулярен магнитному полю, значит на "провод" (поток зарядов) действует сила, перпендикулярная и току, и магнитному полю, по правилу буравчика.
То есть заряд бежит по магниту, а его в это время сила толкает вбок (допустим, по часовой стрелке, если за циферблат считать круглую поверхность магнита). Вот его уносит вбок, а поскольку дело происходит не в вакууме, а в металле, то он, сталкиваясь с атомами металла, передает вращающий момент магниту.

[jayrandom.livejournal.com]

Вот красивый пример, где магнит вращается.

А это - Ваше же объяснение в картинках. Правильно ли я понимаю, что поскольку сила прикладывается вдоль того радиуса, через который в данный момент течёт ток, то для увеличения эффективности нужно этот радиус магнита увеличивать?

[golger-i.livejournal.com]

Да, если радиус магнита увеличить, не меняя ничего больше, то момент вращения увеличится.
Я, похоже, плохо объяснил. Не корректно переходить в систему отсчета рамки. То есть мое объяснение действительно работает для стоящей рамки и вращающегося магнита, но ситуация не эквивалентна стоящему магниту и вращающейся рамке, как на первом видео.
А объяснять, наверное, надо так:
Снаружи магнита, магнитное поле идет по замкнутым линиям от одной круглой поверхности к другой. Эти линии пересекают нижние провода рамки (которые от магнита отходят вправо и влево) под прямым углом. А дальше то же самое объяснение: магнитное поле действует на провод с током по правилу буравчика.
Очень интересна несимметричность ситуации: при вращающейся рамке, эффект происходит за счет магнитного поля снаружи магнита; при стационарном проводе и вращающемся магните, эффект идет от магнитного поля на поверхности и внутри магнита. Кстати, он ведь должен оставаться и при стационарном магните - ток ведь через него все равно идет. Но вращающий момент работу совершить не может.
Еще один интересный момент: магнитное поле не меняется, когда магнит крутится вокруг оси симметрии поля. Это тоже понять невозможно :)

[jayrandom.livejournal.com]

(1) Интересно, правильно ли моё предположение, что форма орбиты полностью задаётся формой магнита. Т.е. если бы магнит был эллиптической призмой или призмой с каким-нибудь цветочком в основании, а контакт мог бы по нему свободно скользить (лучше, наверное, чтобы боковая поверхность была всюду гладкой), то рамка бы и двигалась по этой фигуре?

(2) До сих пор я думал, что форма вращающейся рамки не важна. Но если важно, чтобы линии магнитного поля пересекали рамку под прямым углом, то должна существовать оптимальная форма рамки (где не возникает всяких лишних сил).

[golger-i.livejournal.com]

(1) Имеется в виду, что рамка наверху шарнирно укреплена, может под любым углом к вертикальной оси вращаться?
(2) Форма вроде как действительно не важна, важно, сколько "магнитных линий" она пересечет, то есть как далеко от магнита расположен второй контакт. Я использовал данную форму, потому что к ней векторное произведение считается легче всего.

Кстати, все эти вещи - вариации на тему диска Фарадея:
http://en.wikipedia.org/wiki/Homopolar_generator
Насколько это не элементарный объект, становится понятно после прочтения обсуждения парадокса на википедии:
http://en.wikipedia.org/wiki/Talk:Faraday_paradox#article

[golger-i.livejournal.com]

Вот, кстати, статья Теслы, который не лыком был шит, но тоже признавал нетривиальность диска Фарадея.

[golger-i.livejournal.com]

http://www.andrijar.com/teslahom/index.html