Противоречия электродинамики опыту. Несерьезное изложение серьезных экспериментов

Владимир Ерохин

Описанные эксперименты отлично подтверждают конструктивную электродинамику.
А насколько согласуется с опытом эмпирическая электродинамика Максвелла-Лоренца - судите сами.

Примечание: В современной науке форма изложения гораздо важнее содержания.
В данном случае не вижу причин, почему нужно надувать щеки и делать важный вид. Серьезное изложение и тщательно выполненные опыты - в оригинале, по приведенным ниже ссылкам. А здесь - только крайне упрощенный вольный пересказ.

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- Папа, папа, я решил твою задачу!
- Болван! Ты что наделал!? Твой дед сорок лет решал эту задачу, семью кормил. Я ее двадцать лет решал - тебя, оболтуса, вырастил. А ты теперь чем свою семью кормить будешь?

Немного об электромагнетизме, без формул и без цифр

«Электромагнитное взаимодействие полностью понято…»
(Г. Фритш «Основы нашего мира». Москва. Энергоатомиздат. 1985 г)
«…До настоящего времени не было обнаружено ни одного эффекта, который потребовал бы видоизменения уравнений (Максвелла)» (Из Википедии, и не только).

Попробуем подтвердить эти золотые слова.

Несколько простых экспериментов.
Рассмотрим виток с током (на рисунке зеленый) и расположенные внутри его и снаружи - два других витка (синий и фиолетовый).
Вокруг витка с током образуется магнитное поле, которое пересекает два других витка снизу вверх и сверху вниз соответственно. Следовало бы ожидать, что при изменении тока в зеленом витке, во внутреннем и внешнем витках будут генерироваться токи, направленные в разные стороны, в противофазе. Однако токи будут синфазны.
Направление магнитного поля, пересекающего проводники, противоположно, но это направление совершенно никак не влияет на направление генерируемого в проводнике тока.

Опираясь на представление о силах Лоренца, которые действуют непосредственно на проводник (на заряды проводника), а также на здравый смысл, можно решить, что именно пересечение проводника магнитным полем как раз и должно что-то генерировать.

Однако со здравым смыслом наука распрощалась в 1905-м.
Оставим его и мы, и обратимся лучше к законам.

А закон гласит, что проводник здесь не причем, магнитное поле, каким бы переменным оно не было, на неподвижные заряды проводника не действует. Важна только дырка, вокруг которой проводник расположен: генерируемый в контуре ток пропорционален потоку вектора поля через площадь этого контура. А направление потока поля сквозь контур одно и то же для внешнего и внутреннего витка, поэтому токи синфазны.

Просто и ясно: поле на провод не действует, оно меняется в дырке, и за счет этого где-то в другом месте, в проводнике, появляется ЭДС. Впору ввести еще одно поле, которое связывало бы эти два разнесенных в пространстве явления.

Теория утверждает, а опыт подтверждает незыблемый закон:
ЭДС пропорциональна потоку вектора поля сквозь контур и скорости изменения этого потока.

Убедимся, что это так.

Возьмем магнитопровод с обмоткой и прорезью, и вставим в эту прорезь прямоугольный контур, как показано на рисунке.
Включаем переменный ток в обмотке, и измеряем полученный в контуре ток, который, как мы точно знаем, зависит от потока поля через площадь контура и от скорости его изменения.
Измерили.

Теперь берем магнитопровод с той же площадью сечения, и с той же обмоткой, только вдвое уже и вдвое длиннее. Вставляем в прорезь тот же контур, измеряем ток. Естественно, поток поля через контур тот же самый, значит и ток будет тот же самый (закон!)
Ан нет, не угадали - ток уменьшился вдвое - согласно уменьшению ширины магнитопровода.

Причин может быть только две:
или частота тока в цепи вдруг без причины понизилась вдвое,
или в физике действует основное правило юриспруденции: «Закон что дышло».

Получается, что поток сквозь контур не причем, поле действует на сам проводник, проходящий через сердечник.

Снова от законов возвращаться к здравому смыслу? Но ведь выше (с тремя витками) мы выяснили, что по здравому смыслу тоже не получается.

Нужно заметить, что теория электромагнетизма – самая надежная и проверенная в физике. Значит, другие еще хуже.

И где же выход?
А из любого положения, как известно, есть по меньшей мере два выхода.
Первый - академический: «Не бери в голову». Деды наши без контуров жили, и мы как-нибудь проживем. Моторы то крутятся, телевизор работает, люстра светится – что еще надо? Сиди, и радуйся.
Второй выход - физический: не довольствоваться эмпирически найденными полтора-два века назад зависимостями, а разобраться, с физическим механизмом электромагнетизма. За полтора-два века выяснилось все-таки, что не все зависимости успел найти Фарадей. А нынешняя наука занята денежными суперпроектами, и до дешевого уровня Фарадея (проволочки с ниточками) не опускается.

Но продолжим.
Попробуем изменять площадь контура.

Наматываем на сердечник первичную обмотку (на рисунке красным), и делаем петлю вторичного контур (синий).

Передвигая дальнюю от сердечника сторону контура, можем изменять его площадь.
Козе понятно: чем больше площадь вторичного контура, тем больше через него проходит силовых линий поля, и тем больше будет амплитуда ЭДС в нем. Закон так велит.

Но измерения показывают, что все происходит как раз наоборот.

Ясно, электроны в школе не учились, и законов не знают, иначе вели бы себя по другому.

Значит ЭДС наводится непосредственно в проводнике, и чем он ближе к сердечнику, тем больше индукция тока.

Проверим иначе.

Каждый знает, что в витке, помещенном в переменное магнитное поле, индуцируется круговой ток. Но между диаметрально противоположными точками витка (рисунок ниже) разность потенциалов нулевая. Если мы будем сжимать контур витка в однородном динамическом магнитном поле, то, очевидно, разность потенциалов между точками А и В (на рисунке) будет нулевая.
В пределе мы получим одиночный провод в однородном динамическом магнитном поле. И наводимая в нем ЭДС просто обязана быть равна нулю.
Так уж закон велит: на неподвижные заряды магнитное поле не действует. Да мы и сами можем убедиться по рисунку выше.

Делаем трансформатор с незамкнутым сердечником, как на рисунке ниже. Две первичные обмотки по сторонам, и щель в перемычке. Через щель пропускаем провод.
Как мы выяснили выше, ток в неподвижном проводе индуцироваться магнитным полем не может.

Включаем первичные обмотки так, чтобы магнитные потоки в перемычке совпадали, тогда имеем практически однородный поток поля через щель.
Включаем ток, проверяем:

В центре все идет по науке, ток не индуцируется. Не зря ведь говорят – самая проверенная и самая надежная теория. Вот вам и подтверждение!
Но и на солнце есть пятна: вопреки теории, к точкам А и В амплитуда тока возрастает, причем токи в А и В противофазны.
Видимо, после Фарадея никто не проверял "самую проверенную". Он заложил начала, но один не мог сделать всё-всё.

Хотя, напомним золотые слова: современная наука об электромагнетизме знает всё. Классическая электродинамика – давно пройденный этап, и больше науку не интересует. Она, опираясь на эти знания, ушла уже далеко вперед и ввысь.
Ой, как бы не упасть!

Мало того, что вопреки всезнающей науке ЭДС индуцируется в одиночном неподвижном проводе, но эта ЭДС еще и меняет направление без всяких на то причин – ведь условия в точках А и В совершенно одинаковы, поле одно и то же.

Если вспомнить забытое правило, что опыт «главнее» теории, и согласиться с фактом, что вопреки теории ток все-таки индуцируется в одиночном проводе, то противофазные токи в этих точках должны индуцироваться только тогда, когда потоки магнитного поля в зазоре противоположны. Но потоки в точках А и В однонаправлены, а токи в проводе почему-то противофазны.

Изменяем включение обмоток так, чтобы потоки магнитного поля в точках А и В были противоположны, включаем ток, проверяем:
Опаньки, снова все наоборот, не по науке. Потоки поля в точках А и В противоположны, а токи - синфазны, одинаковы, как близнецы.
Хуже того, ток должен быть пропорционален полю, но измерения показывают совсем другое: в центре зазора, где магнитного поля нет, амплитуда тока максимальна, а с удалением от центра, где магнитное поле растет, ЭДС убывает.

Ну, никакого уважения к законам.
Совсем распоясалась природа, не выполняет законы физики!

Попробуем усмирить по другому.
Намотаем первичные обмотки как на рисунке ниже.
Если обмотки подключть в противофазе, то магнитное поле в зазоре перемычки будет нулевым, и ЭДС генерироваться не должна.
Но прибор показывает наличие ЭДС.

Если же обмотки подключить синфазно, то магнитное поле в зазоре перемычки будет максимальным, и почти однородным, значит по всему сечению ток будет одинаков.
Но вопреки законам, ЭДС равна нулю в центре и возрастает с удалением от него, в противофазе слева и справа от центра.

Ну никак опыт не хочет соответствовать теории. И не только в вышеописанных экспериментах. Противоречий в электродинамике ну очень много.

А если опыт не соответствует теории - тем хуже для него, "лженаучного". Так сейчас принято, чтобы оградить безупречные теории от бесчинства природы. В науке все должно быть в ажуре.

В «серьезных» журналах такие пустяки не печатаются – не соответствуют они современным научным требованиям. Нет ни тензоров, ни многомерности, ни квантовых полей - ну, никакой наукообразности, а только факты, компрометирующие теорию. Дешевый уровень Фарадея. Слишком уж просто, и всем понятно. А это принижает авторитет науки.

К тому же факты противоречат самой проверенной теории – такую крамолу общественность знать не должна. Некоторые до сих считают, что наука должна подстраиваться под законы природы. Нет, негоже науке пресмыкаться перед опытными фактами. Написаны учебники, защищены диссертации, созданы многочисленные теории, прямо или косвенно опирающиеся на электродинамику, получены звания и премии - не рушить же все это великолепие! Гораздо проще и удобнее подгонять факты под теорию. Если делать наоборот, по старинке, то падает рентабельность и прибыль.
А Истина – она бесплатная, потерпит.

Вывод: если не считать некоторых мелочей, вроде того, что фундаментальные законы нередко работают с точностью до наоборот, то фундамент науки очень прочный – в отдельных случаях уравнения работают правильно: есть даже народная примета - если теория построена на опытных фактах, то она отлично подтверждается этими фактами. А уравнения электродинамики ниоткуда не выведены, а подобраны так, чтобы соответствовать фактам, добытым Ампером и Фарадеем. Да вот, не все факты они успели добыть, а после них, видно, некому было - да и не больно нужно, Максвелл уже все написал.

Эмпирика - промежуточный этап развития любой теории, когда уже найдены численные зависимости, но еще не понята физика процессов. Так, эмпирические уравнения эпохи теплорода до сих пор используются в теплотехнике, но после того, как выяснилось, что тепловая жидкость - на самом деле не жидкость, а процесс, кинетическую теорию уже никто не назовет эмпирической - она имеет ясные причины явлений. В существующей электродинамике этих причин нет - не доросла еще, - потому и называется эмпирической.

Застряла электродинамика на промежуточной стадии по ряду причин. Одна из них - формализм 4-потенциалов, надежно законсервировавший ошибки, другая - появление квантовой электродинамики, которая вобрала в себя все заблуждения классической электродинамики, и сдала ее - еще не выросшую из пеленок - в утиль.

Переход электродинамики от эмпирической стадии к конструктивной не может обойтись без уточнения основных уравнений. Но об этом наука не желает и слушать - по поводу необходимости разобраться с причинами противоречий в электродинамике академик Боголюбов сказал: "А зачем - ведь и так работает". Так что магнитные ловушки ТОКАМАКов приходится рассчитывать с помощью совершенно непригодных для этого уравнений. Но сотни миллиардов долларов были потрачены не зря, на этот счет в начале поста был эпиграф. Так и должно быть при существующей организации науки. А чтоб не дай бог кто… - так для этого неустанно бдят Гинзбург с Кругляковым.

Авторы вышеописанных опытов - Каравашкины С.Б. и О.Н. (Харьков).
Детальное описание можно посмотреть здесь:
http://selftrans.narod.ru/v3_1/brus/brus72/brus72.html
http://selftrans.narod.ru/v4_1/emf/emf74/emfrus74.html

Другие опытные данные здесь:
Эксперименты Томилина А.К.
Экспериментальные парадоксы электродинамики. Николаев Г.В.

Есть мнение, что на противоречия теории опыту не стоит обращать внимание. Ну, предсказывает теория совсем не то, что наблюдается на практике, но ведь не всегда, только в ряде случаев, а в целом работает, - и слава Богу. Стоит ли парить мозги и размениваться на пустяки: вот когда подтвердятся квазинаучные фантазии Хокинга и Хиггса, то все старые недочеты решатся сами собой.
Нет смысла разубеждать, вера аргументам не внемлет.
Противоречия электродинамики лежат в фундаменте физики, и все свервеликие супертеории построены на ошибках, заложенных в этот фундамент.
И если опыт требует этот фундамент пересмотреть, то все надстройки неизбежно рухнут: фундамент - он и есть фундамент.
Только кто же допустит святотатство? Поиск истины - не основная задача науки, система растит защитников диссертаций и соискателей премий - стоит ли рубить сук, на котором сидишь?

Попытки подправить электродинамику так, чтобы устранить противоречия, предпринимались не раз, но косметические меры никак не затрагивают корни проблем, заблуждения и ошибки, заложенные в ее основу. Исправлять нужно причины трудностей, следствия изменятся сами собой.

Уже свыше полувека говорят и пишут о том, что физика зашла в тупик, но все попытки выбраться оттуда не увенчались успехом и по сей день.
Где же выход из тупика?
Правильно: там же, где и вход в него.
Можно назвать и дату поворота в тупик: 1882-й год.
Уверенная в своем всезнайстве наука должна остановиться в неуемном стремлении вперед, все дальше в тупик, и поразмыслить, как и почему она в таком положении оказалась. Привели ее туда оставленные позади нерешенные проблемы, пренебрежение к фактам, которые не вписываются в теории, и игнорирование противоречий в этих теориях. Ошибки и заблуждения, заложенные в фундамент, многократно множатся в дальнейших надстройках. Такие "таинства", как нормировки, калибровки, обрезания, абстрактные символы и функции, лишенные внятного физического смысла, окружают физику ореолом высокого наукообразия, и в силу привычки мало кто осознает, что этим заплаткам и костылям полузнания нет места в корректных теориях. Поль Дирак писал об этом в своей книге "Пути физики".

Проблема в том, что инструмент физики – математика – возомнила, будто она и есть физика. Лопата заняла место Архитектора, и роет туда, где мягче, и красивее блестит. Необходимо оставить увлечение псевдонаучной мишурой и вернуться назад, к истокам, пересмотреть основы, те самые "давно пройденные этапы", опуститься до которых мешает гипертрофированное самомнение. Истоки всех проблем - там, в кривом фундаменте, и никакие перестройки на вершине положения не исправят.

После анализа проблем электродинамики и исправления нескольких заблуждений и ошибок, вполне естественных на заре ее становления, в этой науке всё становится на свои места. Внутренние противоречия исчезают вместе с устранением их причин, и теория приходит в полное согласие с опытом.
Кроме того, становится понятным, что такое магнитное поле, появляется ясное представление о причинах и механизмах всех электромагнитных процессов и явлений - в отличие от эмпирической теории, где эти явления происходят без причин.
Так, в эмпирической теории магнитное поле "возникает" при движении зарядов, но по какому волшебству происходит это чудесное возникновение, теория умалчивает. Точно так же умалчивается причина всех электромагнитных явлений, формальные зависимости сами по себе ничего не могут сказать об их причинах, физических механизмах. Когда-то эти причины искали, но теперь беспомощность стала привычной и уже не замечается, что она свидетельствует о некорректности теории.

Поскольку на электродинамику опирается практически вся физика, то метастазы ее ошибок неизбежно распространились и в другие области. Слепая вера в непогрешимость этой теории заставляла искать решение проблем физики где угодно, только не там, откуда они происходят.
Решение проблем электродинамики автоматически устраняет ряд серьезных трудностей других теорий, или же открывает пути к их разрешению. Кроме того, корректная электродинамика подводит "общий знаменатель" под разрозненную мозаику физических представлений, открывая путь к объединению электричества, гравитации и основ квантовой теории в единое и неразрывное целое. Заметим - без недоказуемо-непроверяемых мифических многомерностей, а на основе хорошо известных фактов, предельно ясных и поддающихся опытной проверке положений.
Однако всякая работа требует времени и сил, а кушать хочется, поэтому, на этом сайте выложено пока что далеко не все. Для человечества гораздо важнее гол, забитый в чьи-нибудь ворота, чем прогресс знаний. Науке, которая дала возможность показывать этот гол миллионам болельщиков и делать на этом деньги, не перепадает ни-че-го.

Источник: http://vev50.narod.ru/Exper-nt_ED.html

Комментарии (9)

Всего: 9 комментариев
#1 | Сергей Каравашкин »» | 15.10.2014 18:56
  
0
Думаю, читателям было бы интересно, что описанные исследования продолжаются и уже обнародован комплекс экспериментов, однозначно экспериментально и математическим моделированием доказывающий, что индукционный процесс обусловлен прямым воздействием тока на проводник, а не некоторым мифическим магнитным полем. Что никакого вихревого электрического тока не существует, что взаимодействие между взаимно движущимися магнитом и проводником является симметричным процессом и индукция возбуждается независимо от того, что по отношению к чему движется. Ток же в контуре обусловлен суммой воздействий на его части, а не на плоскость контура в целом. При этом токи Фуко не являются вихревыми, хотя и замкнуты через область слабого поля индуцирующего тока. Также ток Фуко состоит из двух компонент: ориентационной и электронной. Ориентационная компонента возбуждается в ферритах и направление эквивалентного тока направлено вдоль индуцирующего тока. Электронная компонента тока Фуко направлена встречно индуцирующему току. Указанные исследования опубликованы здесь

1. Проводник в магнитном поле
2. Поле индукции постоянного магнита
3. Опыт 2. Контур. Исследование индукции в контуре, возбуждаемой движущимся магнитом
4. Опыт 3. Симметрия индукции
5. Опыт 4. Индукция составных магнитов
6. Опыт 5. Индукция продольного поля магнита
7. Опыт 6. Индукция магнитного замыкания
8. Многовитковый униполярный генератор
9. Пути токов в диске Фарадея
10. Токи Фуко. Ч. 1
И это ещё далеко не конец исследованиям. Чем дальше проникает познание процесса индукции, тем шире диапазон технологических применений, тем осознаннее процессы, которые до этих работ считались фокусами природы. Но фокусы не у самой природы, а в расхождениях между природными явлениями и моделью магнитного поля, которой пытались их описать. Теперь противоречия успешно снимаются одно за другим, открывая дорогу новым технологическим решениям.
#2 | Сергей Каравашкин »» | 20.10.2014 23:18
  
0
Мы продолжаем
Токи Фуко Ч.2
Во второй части мы проследили изменение амплитуды и фазы накладок с электронной и ориентационной компонентами тока Фуко. Определили, что максимумы эдс приходятся при совмещении центра накладок с границами вторичной обмотки. Перефазировка эдс происходит в центре вторичной обмотки, а фазы для электронной компоненты изменяются от нуля до минус180 град. и у ориентационной – от нуля до плюс 180 град.
Также экспериментально установлена эквивалентность электронной компоненты тока Фуко и короткозамкнутого контура. Исходя из этой эквивалентности доказано, что фаза токов Фуко смещена по отношению к фазе индуцирующего тока на четверть периода. Причём для электронной компоненты имеет место запаздывание, а для ориентационной – опережение по фазе. Даны базовые зависимости. Представлены эксперименты по компенсации токов Фуко исходя из особенностей выявленной структуры этих токов.
#3 | Андрей Рыбак »» | 20.10.2014 23:19 | ответ на: #2 ( Сергей Каравашкин ) »»
  
0
Сергей, будьте любезны кроме ссылок и описания размещать.
#4 | Сергей Каравашкин »» | 21.10.2014 00:43
  
0
Попробую, но это будут большие тексты. Этот текст будет 14 страниц и тогда нужно и первую часть ставить...
  
#5 | Анатолий »» | 21.10.2014 00:44 | ответ на: #4 ( Сергей Каравашкин ) »»
  
0
А почему и нет? Можно!
#6 | Сергей Каравашкин »» | 22.10.2014 06:35
  
2
Токи Фуко. Ч. 1
Как общепринято, «>токи Фуко – это токи, которые возникают в массивном проводнике, находящемся в переменном магнитном поле. Токи Фуко имеют вихревой характер. Если обычные индукционные токи движутся по тонкому замкнутому проводнику, то вихревые токи замыкаются внутри толщи массивного проводника. Хотя при этом они больше ничем не отличаются от обычных индукционных токов»[1]. По правилу Ленца, эти токи направлены так, чтобы противодействовать причине, их вызвавшей[2],[3]. «>Поэтому движущиеся в сильном магнитном поле проводники испытывают сильное торможение из-за взаимодействия токов Фуко с магнитным полем»[2]. «>Токи Фуко экранируют переменное магнитное поле так, что оно не проникает вглубь проводника. Однако токи Фуко не могут экранировать статическое магнитное поле, так как из-за омического сопротивления они не могут существовать вечно. Статическое магнитное поле свободно проникает в проводник. Однако чем быстрее изменяется поле, тем на меньшую глубину оно проникает в проводник. В хороших проводниках, где омические потери малы, уменьшение глубины проникновения поля становится заметным при весьма умеренных частотах» [4]. Считается, что этим обусловлено размагничивающее действие токов Фуко. Оно «>сильнее проявляется в середине сердечника и меньше на его поверхности, так как участки в середине сердечника охватываются большими вихревыми токами, чем участки, близкие к поверхности»[5]. Как установлено, в сверхпроводниках этот эффект присущ даже постоянным токам из-за отсутствия сопротивления проводника. «>При охлаждении сверхпроводника, находящегося во внешнем постоянном магнитном поле, в момент перехода в сверхпроводящее состояние магнитное поле полностью вытесняется из его объёма. Этим сверхпроводник отличается от идеального проводника, у которого при падении сопротивления до нуля индукция магнитного поля в объёме должна сохраняться без изменения» [6].
В рамках теоретической физики, исходя из общего признания вихревой природы токов Фуко, а значит, и вихревого характера электрического поля[7], их описание основывается на индукционной паре уравнений Максвелла[4]:
(1) В предположении равенства нулю плотности ρ свободных зарядов в проводнике и стандартной связи между плотностью тока и напряжённостью поля
(2) получают уравнение для напряжённости магнитного поля, описывающего токи Фуко, как и скин-эффект:
(3) При этом «>сила вихревого тока по закону Ома равна”
(4) “>где Φm – магнитный поток, сцепленный с контуром тока, R – сопротивление цепи вихревого тока. Подсчитать это сопротивление трудно. Однако совершенно очевидно, что оно тем меньше, чем больше удельная проводимость проводника и чем больше его размеры» [8].
Поэтому для расчёта потерь от токов Фуко обычно пользуются приближёнными формулами, в которых удельные потери зависят от сорта железа, толщины железных листов, частоты индуцирующего поля и максимальной индукции этого поля[5][8].
Как мы можем видеть, характер токов Фуко связывается исключительно с проводимостью проводника и их структура обуславливается исключительно фактом проводимости металлов, будучи одинаковой, как для ферро-, пара-, так и для диамагнетиков. Направленность этих токов встречна индуцирующему переменному полю, хотя сами указанные вещества во внешних полях ведут себя принципиально различно. Как известно[10], диамагнетики создают собственное поле, направленное встречно внешнему, пара- и ферромагнетики создают поля, направленные по направлению внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся, в частности, инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и т.д., к парамагнетикам относятся алюминий; воздух. К ферромагнетикам относятся, в частности, железо, никель, кобальт. Но это различие, как считается, не оказывает существенного влияния на сущность токов Фуко.
Проводимые эксперименты тоже не вскрывают данное различие. Большинство из них сводится к торможению падения проводящих тел в неоднородном магнитном поле или к демпфированию колебаний металлического маятника[2],[8] [11]. При этом считается, что для опытов «>рекомендуется брать именно медную или алюминиевую пластины, так как у этих материалов мало удельное сопротивление. Следовательно, сила тока в них будет большей и эффект проявится более явно»[1].
Второй комплекс экспериментов с токами Фуко связан с индукционным нагревом как проводящих тел, так и диэлектриков (в частности, сушка древесины[12]). В теорию данного процесса заложена та же основа, базирующаяся на уравнениях Максвелла и вихревом характере индуцирующего электрического поля. Использование стандартной базы предопределяет и акценты, на которых строится моделирование. И хотя учитываются изменения магнитной проницаемости ферромагнетиков с температурой, существенное различие токов Фуко от вида магнетика не проводится, как и ограничивается случаем ферромагнетика. В работах, посвящённых индукционному нагреву алюминия[13],[14], феноменологическая база также сводится к стандартному представлению вихревых токов, возбуждающих поле встречной направленности возбуждающему полю и на этом строится моделирование процесса.
Вместе с тем, для промышленно выпускаемых индукционных бытовых печей, главным условием эксплуатации является ферромагнитный материал используемой посуды. При любом ином материале, даже для неферромагнитной стали, печь работать отказывается[15]. Это свидетельствует об определённых нюансах, которые не учитываются существующей моделью вихревых токов, несмотря на обилие научных разработок и технологического использования самого процесса.
Для исследования особенностей вихревых токов была разработана специальная головка со взаимно перпендикулярными обмотками, как показано на рис. 1.

Рис. 1. Схема и общий вид (a) головки для исследования вихревых токов, а также схема мгновенных вихревых токов в сердечнике (I 2) и в накладке 4 (I 3) этой головки с точки зрения стандартной концепции (b) при мгновенном токе в первичной обмотке I 1; 1 – сердечник из ферромагнитного материала (трансформаторное железо Э330), 2 – первичная однорядовая сплошная обмотка 110 витков провода ø0,23, 3 - вторичная однорядовая сплошная обмотка 110 витков провода ø0,23, 4 – накладка из исследуемого материала размером 15х15х6 мм

Обе обмотки головки были намотаны на подвижном каркасе из фторопласта для регулировки взаимной перпендикулярности. Размер исследуемой накладки выбирался несколько большим свободного от обмоток пространства, с целью, которая будет ясна из дальнейшего исследования. Индукционные токи, возникающие в сердечнике и накладке с точки зрения современных представлений о встречном вихревом характере этих токов, представлены на рис. 1b. Как следует из этого построения, при наложении ассиметричной накладки ток во вторичной обмотке принципиально возникнуть не может из-за взаимной перпендикулярности этих токов виткам вторичной обмотки.
Электрическая схема эксперимента представлена на рис. 2.

Рис. 2. Электрическая схема эксперимента.

Опыт проводился на частоте 20 кГц, амплитуда входного сигнала составляла 2В, синхронизация осциллографа была внешняя и осуществлялась по сигналу, подаваемому на первичную обмотку головки.
В качестве накладок, ассиметрично устанавливаемых в углах головки, использовались четыре материала: медь – диамагнетик, алюминий – парамагнетик, трансформаторное железо и феррит – ферромагнетики. Вид накладок представлен на рис. 3.

Рис. 3. Вид накладок, используемых в исследовании.

Все накладки были изготовлены из нескольких слоёв. Медная накладка содержала 8 слоёв, алюминиевая – 4 слоя, железная – 20 слоёв и феррит – 2 слоя. Всё это было склеено клеем Стелс. Указатели положения, наклеенные на каждой из накладок, были установлены на их середину. Шкала делений на головке также была установлена на середину первичной обмотки, расположенной вертикально. Общий вид установки показан на рис. 4.

Рис. 4. Общий вид установки: 1 – осциллограф, 2 – измерительная головка, 3 – генератор сигналов, 4 – выходной мощный каскад, 5 – питание выходного каскада

Прежде всего, был исследован сам факт индукции во вторичной обмотке при асимметричном наложении накладок из различных материалов. Как было уже сказано, синхронизация осуществлялась по входному напряжению на первичную обмотку головки. Результаты опыта представлены на рис. 5.

a) медь

b) алюминий

c) железо

d) феррит

Рис. 5. Осциллограммы эдс индукции во вторичной обмотке головки (нижняя осциллограмма) в зависимости от материала и местоположения накладки на головке

Как видно из осциллограмм, для меди и алюминия эдс индукции противофазна индуцирующему току (правые фото). У феррита в этом положении наблюдается синфазность. Отклонения для железа будут прояснены далее. Кроме того, видно, что перемещение накладки из правого угла в левый приводит к изменению фазы эдс на 180°. Различие фаз свидетельствует, что природа возникновения эдс индукции в ферромагнетиках, с одной стороны, и пара- и диамагнетиках, с другой стороны, различна.
Чтобы выявить траекторию эдс индукции, было использовано то, что все накладки были набраны из пластин. В этом втором эксперименте накладки ставились в один и тот же угол измерительной головки, вдоль и поперёк плоскости головки. Результаты представлены на рис. 6.

a) медь

b) алюминий

c) железо

d) феррит

Рис . 6. Характер токов индукции в накладках из исследуемых материалов при их повороте относительно измерительной головки

Из осциллограмм мы видим, что при повороте накладок из меди и алюминия сигнал значительно ослабляется. Это говорит о том, что возникает существенное сопротивление вихревому току. В феррите сигнал почти не изменяется, что свидетельствует об отсутствии индукционного тока, характерного меди и алюминию, но присутствует ток второго типа, характерный ферромагнетику. Этот ток синфазен возбуждающему. В железной накладке при повороте на торец изменяется не только амплитуда, возрастая на торце, когда токи Фуко уменьшаются, но изменяется и фаза сигнала. Это бывает только в том случае, когда результирующая фаза сигнала зависит от амплитуд исходных компонент, что легко показать тригонометрически. Действительно, если предположим, что исходные составляющие результирующего сигнала строго смещены приблизительно на 180° и имеют различные амплитуды, то
(5) Понятно, что при изменении амплитуд вследствие изменения условий протекания токов в накладках, будет смещаться и амплитуда результирующего сигнала AΞ, и результирующая фаза φΞ. Описанный характер токов представлен на построении, приведенном на рис. 7.

a) Индукционные токи в пара- и диамагнетиках

b) Индукционные токи в ферритах

c) Индукционные токи в железе

Рис. 7. Схема возбуждения электронных Ie и ориентационных Ic токов

В случае пара- и диамагнетиков торцевое расположение накладки (справа) приводит к тому, что вместо единого тока Ie в ней образуются токи в каждой пластине, которые индуцируются не всей областью контакта накладки с индуцирующим проводником, а только частью, ограниченной толщиной пластины. А значит, этот индуцирующий ток при повороте накладки с плоскости на торец будет индуцировать и меньший ток во вторичной обмотке.
В случае феррита ситуация изменяется. Ток Ic образуется молекулярными токами феррита. Электронный ток в феррите практически отсутствует из-за высокого его электрического сопротивления, а молекулярные токи мало зависят от ориентации феррита, вследствие чего поворот практически не изменяет амплитуду тока во вторичной обмотке.
В железе присутствуют оба тока, а потому изменение тока Ie приводит, как показано в общем случае нами, к изменению и амплитуды, и фазы сигнала, поскольку этот ток компенсирует ток Ic.
Кстати, конкурирующее действие указанных токов приводит и к неверной физической трактовке пара- и диамагнетизма, предполагающей некие особые способы разворота орбиталей атомов у диамагнетиков, чтобы создавать поле, встречное индуцирующему. Как показал вышеприведенный эксперимент, различие между магнетиками сводится исключительно к соотношению индуцирующих токов. В диамагнетике Ie превышает Ic, вследствие чего формируется встречное поле. В пара- и ферромагнетиках соотношение токов обратное, поэтому формируется поле по направлению внешнего индуцирующего поля. Данная особенность приводит и к неверному измерению относительной магнитной проницаемости пара- и диамагнетиков. Фактически, когда измеряется проницаемость этих веществ, измеряют её с компенсирующим действием тока Ie . Чтобы измерить реальную магнитную проницаемость, нужно измерять мелкодисперсную фазу вещества, скреплённую изолирующим компаундом с μ = 1. Эта особенность тоже является причиной многих парадоксов в электромагнетизме.
Также следует обратить внимание и на тот факт, что уменьшение индукционного тока во вторичной обмотке обусловлено уменьшением области контакта пластины накладки с индуцирующим проводником. Опять-таки, как и в предыдущих наших экспериментах, выясняется, что индуцирующие токи возбуждаются не неким мифическим магнитным полем, а конкретным изменением взаимного положения проводников или изменением тока в индуцирующем проводнике и для электронного тока Ie пропорционально области контакта проводника с материалом накладки. Фактически, в накладке формируются невихревые токи. Ток возникает исключительно в области контакта, а далее он уже замыкается через тело накладки в области слабого индуцирующего взаимодействия. Вследствие этого электрическая цепь тока может быть представлена, как показано на рис. 8.
Рис. 8. Эквивалентная схема токов Фуко в пара- и диамагнетиках
Согласно данной схеме, электрическое поле, индуцирующееся в пара- и диамагнетиках, не является вихревым. Оно остаётся потенциальным, как и во всех остальных проявлениях, но сам ток, возбуждаемый в материале, замыкается через тело проводника, создавая иллюзию циркулярности.
Вышесказанное подтверждается и следующими двумя экспериментами. В первом из них устанавливается противоположность направленности электронного тока Ie и ориентационного молекулярного тока Ic . Как мы могли обратить внимание в первом из приведенных экспериментов, при смещении накладки из одного угла измерительной головки в другой, фаза эдс во вторичной обмотке всегда изменялась на 180° (или близко к этому). Что произойдёт, если мы установим накладки из разных материалов на оба угла головки? На рис. 9 представлены результаты этой операции. На снимках слева показаны эдс во вторичной обмотке при установке одной из накладок. На снимках справа – обоих указанных в подписи к снимкам накладок.

a) медь и алюминий

b) Железо (плоскостью) и феррит

c) Железо (торцом) и феррит

d) Феррит и медь

e) феррит и алюминий

f) Железо (плоскостью) и медь

g) железо (плоскостью) и алюминий

h) Железо (торцом) и медь

i) Железо (торцом) и алюминий

Рис. 9. Осциллограммы индукции, возбуждаемой во вторичной обмотке парными накладками

На приведенных осциллограммах пары медь – алюминий (рис. 9a), как и медь – феррит (рис. 9d) и алюминий – феррит (рис. 9e) полностью соответствуют ожидаемой эдс. Ведь в свете вышесказанного, если с разных сторон обмотки расположены материалы, возбуждающие в ней эдс противоположной или одной направленности, то суммарная эдс будет соответственно возрастать или уменьшаться, как показано на рис. 10.

a) медь и алюминий

b) медь и феррит

Рис. 10. Схемы токов в накладках

Иными словами, если в материале обеих накладок доминирует электронная или ориентационная компонента, то результирующая эдс будет определяться разностью эдс, наводимой во вторичной обмотке каждой накладкой. Если накладки будут из материалов с различной токовой компонентой, то результирующая эдс будет суммироваться. При этом, как можно убедиться на указанных фото (рис. 9a, d, e) добавление второй наставки не смещает фазу индуцируемой эдс, но только изменяет амплитуду.
Железо здесь занимает особое положение в связи с тем, что в ней возбуждаются обе компоненты токов. Характерным является опыт в паре с ферритом (рис. 9 b, с). Когда железная накладка приложена к головке плоскостью, то в ней индуцируется суммарный ток, противоположный току в феррите. При этом она ведёт себя как парамагнетик, с той лишь разницей, что смещает фазу и амплитуду результирующего тока. Последнее же, как и понятно, обусловлено тем, что в железе индуцируются обе компоненты тока. Если же мы развернём железную наставку торцом, тем самым уменьшив электронную составляющую тока Фуко, то она ведёт себя как ферромагнетик, уменьшая амплитуду результирующей эдс.
В то же время, с медью и алюминием (рис. 9 f, g, h, i) железо ведёт себя как ферромагнетик, независимо от ориентации по отношению к головке. Во всех случаях будет наблюдаться рост амплитуды индуцируемой эдс. Несовершенство же по сравнению с ферритом будет проявляться в том, что фаза эдс будет смещаться, что свидетельствует о возбуждении в железе обеих компонент тока, но рассмотрение вопроса о фазе индуцируемого тока, как и окончательное доказательство того, что именно ток, а не магнитное поле как некоторая сущность индуцирует эдс во вторичной обмотке, мы оставим для второй части исследования.
(Продолжение следует)

Литература.
1. Токи Фуко. Вихревые токи. Описание .
2. Лекция 15. Самоиндукция, индуктивность, энергия магнитного поля.
3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ.
4. И. А. Котельников, В. С. Черкасский. Скин-эффект в задачах. Глава I. Токи Фуко и скин-эффект, с. 9 .
5. Общая электротехника и электроника. Глава 8. Магнитные цепи с переменными магнитодвижущими силами (Электронный курс лекций).
6. Эффект Мейснера.
7. Токи Фуко.
8. А.А. Детлаф, Б.М. Яворский, М.Б. Милковская. Курс физики, т. II, Электричество и магнетизм, Глава XIX. Электромагнитная индукция. § 19.3. Вихревые токи (токи Фуко), c. 274-276, М. ВЫСШАЯ ШКОЛА, 1977, 375 с.
9. К.И. Шенфер. Асинхронные машины, гл. XI, п. 98. Формулы для подсчёта потерь на токи Фуко. Государственное объединенное научно-техническое издательство, 1938г.
10. Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики способны под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться)
11. Токи Фуко (вихревые токи)
12. Ф.Е. Слухацкий, В.С. Немков, Н.А. Павлов, А.В. Бамунэр. Установки индукционного нагрева. Л., Энергоиздат, 1981, 328 с.
13. Н.В. Заикина. Моделирование и оптимальное управление процессом индукционного нагрева алюминиевых заготовок, вращающихся в магнитном поле постоянного тока. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.
14. Н.С. Некрасова. Разработка методики расчета индукционных установок периодического действия для градиентного нагрева мерных цилиндрических заготовок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.
15. Индукционная плита.

Ольга и Сергей Каравашкины
8 октября 2014 г.
Лаборатория СЕЛФ
ps: Уважаемый Андрей, попробовал перевести на теги первую часть. Не знаю, как получилось. Не знаю, как в Вашей программе работает совмещение тегов [IMG] и [ALIGNCENTER], [URL=] и [B], есть ли изменение границ для подписей хотя бы другим размером шрифта? Нет нижних и верхних индексов, нужно ли отдельно ставить теги на греческие буквы. Трудно с цитатами. Не знаю зачем вначале цитат “>”? Нужно ли это закрывать или поставить как я поставил? Может быть вообще оставлять только кавычки? Проблема с выделением цветом. Час то просто пишут текст . Но делёж по двузначной маркировке цветов не принят ни в Word, ни в Paint. Так что мог получиться кавардак. Посмотрите, пожалуйста.
  
0
Токи Фуко Ч.2

Продолжая исследование вихревых токов, начатое в первой части, проследим изменение амплитуды и фазы эдс, индуцируемой во вторичной обмотке головки, при перемещении накладок из одного угла в другой вдоль головки. Будем перемещать накладки с левого в правый угол вдоль проводников первичной обмотки, замеряя амплитуду V и фазу φ индуцируемой эдс через каждые 2 мм. Графики для меди и алюминия представлены на рис. 1.

Рис. 1. Амплитуда и фаза индуцируемой во вторичной обмотке эдс для меди и алюминия при смещении накладки вдоль измерительной головки; синим пунктиром обозначены границы вторичной обмотки

Поскольку, как мы ранее выяснили, в обоих металлах доминирует электронная компонента тока Фуко, поведение зависимостей тоже практически идентично. Максимумы эдс достигаются при нахождении середины накладок на границе вторичной обмотки. Более низкий максимум у алюминия может быть обусловлен меньшей проводимостью, а значит, и меньшей величиной токов Фуко в этом материале. Ненулевой минимум в центре однозначно связан с неполной перпендикулярностью обмоток и некомпенсированная эдс прослеживалась в отсутствии накладок в процессе наладки измерительной головки. Но в целом, картина вполне закономерная. Амплитуда достигает максимума при нахождении середины накладки на границе вторичной обмотки, т.е. когда действие одной стороны токового контура на вторичную обмотку максимально, а другая сторона токового контура равноудалена от границы обмотки. Минимума амплитуда достигает в центре обмотки. Возле центра вторичной обмотки происходит и быстрое изменение фазы эдс на противоположную.
Для феррита и трансформаторной стали (при установке железной накладки торцом) закономерность также похожа, но с учётом того, что в этом случае доминирует ориентационная компонента токов Фуко. Соответствующие графики представлены на рис. 2.

Рис. 2. Амплитуда и фаза индуцируемой во вторичной обмотке эдс для феррита НН1000 и трансформаторного железа при смещении накладки вдоль измерительной головки; синим пунктиром обозначены границы вторичной обмотки, кривая Fe I построена при расположении накладки вдоль головки, Fe II – при расположении накладки торцом

Так же, как и в предыдущем опыте с медью и алюминием, максимум эдс достигается при совмещении центра накладки с границей вторичной обмотки, а минимум достигается в центре обмотки. В этой же области происходит и «переворот» фазы эдс. Но важно, что фаза изменяется не от нуля до -180°, а от нуля до +180°, причина чего станет понятной в ходе исследования.
Некоторым особняком стоит график изменения эдс и фазы индукции при продольном расположении железной накладки, когда в ней циркулируют обе компоненты тока Фуко. Но и снимать данную зависимость было невероятно сложно. Малейший поворот накладки вокруг своей оси приводил к существенному изменению амплитуды и фазы сигнала – значительно более интенсивно, чем со всеми другими накладками. Тем не менее, и в этом случае общая закономерность прослеживается.
Показанные графики демонстрируют, что несмотря на различие физических процессов возбуждения электронной и ориентационной компонент тока Фуко, характер взаимодействия самих токов с проводниками вторичной обмотки один и тот же. Во всех случаях при достижении накладкой центра обмотки происходит переворот фазы и минимизация эдс индукции. Однако здесь есть и другой возможный вариант минимизации эдс, связанный с тем, что в центре вторичной обмотки может обнуляться само поле, индуцирующее токи Фуко в накладках. Чтобы снять двойственность трактовки процесса возбуждения эдс, был проведен дополнительный эксперимент. Его идея заключалась в том, что если в области обнуления эдс во вторичной обмотке обнуляются токи Фуко в наставке, то при отключении половины обмотки, эдс в другой её части не возбудится. Если же в указанной точке ток Фуко сохраняется, то обнуление эдс при нахождении накладки в центре вторичной обмотки может возникать вследствие компенсации индукционных токов, возбуждаемых в проводниках обмотки частями контуров токов Фуко в наставке. Схема, реализующая данную постановку задачи, представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема эксперимента с отключением половины вторичной обмотки измерительной головки

В данном эксперименте использовалась ферритовая наставка, в которой отсутствует электронная компонента тока Фуко. При включении переключателей SA1, SA2 по отдельности или обоих вместе, осциллографом замерялась эдс индукции в соответствующих частях вторичной обмотки или полной обмотке с сохранением начала обмоток, обозначенных на схеме звёздочкой. Синхронизация осциллографа, как и прежде, осуществлялась сигналом на первичной обмотке. Результат эксперимента представлен на рис. 4.

Рис. 4. Осциллограммы эдс индукции в эксперименте с отключёнными половинами вторичной обмотки; a) включена левая половина обмотки, b) включены обе обмотки, c) включена правая половина вторичной обмотки

Как видно из осциллограмм, при отключении половины обмотки в оставшейся половине возникает эдс, наводимая токами Фуко в наставке. При этом фазы эдс в половинах обмотки, как и полагается, противоположны.
Из этого следует, что обнуление эдс в центре вторичной обмотки происходит в результате компенсации эдс, наводимых в левой и правой системе проводников, как показано на рис. 5.

a) отключена правая часть обмотки

b) подключены обе полуобмотки

с) отключена левая часть обмотки

Рис. 5 Направление эдс индукции при отключении частей вторичной обмотки

Как видно из схемы, действительно, согласно концепции индуцирующих токов, при отключении половин обмотки в оставшейся части возбуждаются противофазные эдс, а при подключении обеих частей эти эдс компенсируются.
Не менее важным подтверждением концепции индукции токов является опыт с проволочной надставкой. Вид её показан на рис. 6.

Рис. 6. Вид проволочной надставки

Как видно из фото, проволочная наставка представляет собой бескаркасную катушку 1 из 10 витков провода Ø 0,32 мм. Размер катушки выбран так, чтобы две её стороны были удалены от области индукции и были больше поперечного размера вторичной обмотки измерительной головки, составлявшей 25 мм. Размер катушки 30 х 30 х 4 мм. Для съёма характеристик посредине из нитки сделан визир 2. В принципе, с размерами катушки мы использовали тот же самый приём, что и в эксперименте с большим и малым контурами , когда стороны контура были разнесены до такого размера, чтобы проявились особенности индукционного процесса в отдельных его частях.
Но главной особенностью катушки является то, что её концы могут быть как замкнутыми, так и разомкнутыми. В принципе, если токи Фуко, как считается, имеют вихревой характер, то, как мы могли убедиться в первой части исследования на примере токов Фуко в феррите, в котором повороты, а значит и уменьшения путей тока, не приводили к изменению эдс индукции во вторичной обмотке, в данном случае замыкание концов обмотки тоже не должно было бы изменять условия индукционного процесса. Если же токи Фуко имеют невихревой характер, то замыкание концов обмотки будет существенно изменять токи Фуко в накладке, а следовательно, и эдс во вторичной обмотке.
На рис. 7 представлены осциллограммы эдс во вторичной обмотке при разных положениях проволочной накладки с разомкнутыми концами.

Рис. 7. Осциллограммы эдс индукции во вторичной обмотке головки при левом (a), правом (b) положении разомкнутого проволочного контура и при его отсутствии (c)

Как мы можем убедиться, наличие или отсутствие проволочной разомкнутой накладки, как и её местоположение на головке, не влияет на амплитуду и фазу эдс индукции во вторичной обмотке. На осциллограммах присутствует только паразитная эдс, обусловленная недостаточной перпендикулярностью обмоток головки.
Эдс индукции во вторичной обмотке при замкнутой проволочной накладке показана на рис. 8.

Рис. 8. Осциллограммы эдс индукции во вторичной обмотке головки, возбуждаемые замкнутой проволочной рамкой при различном её положении на головке

Как мы видим, осциллограммы полностью идентичны тем, которые были получены в первой части исследования для меди и алюминия, т.е. для материалов с доминирующей электронной компонентой тока Фуко. График изменения амплитуды и фазы индуцируемой эдс при смещении проволочной накладки вдоль головки, приведенный на рис. 9, также повторяет соответствующий график на рис. 1.

Рис. 9. Графики изменения амплитуды V и фазы φ эдс, индуцируемой во вторичной обмотке при смещении проволочной наставки вдоль измерительной головки

Наконец, если мы отключим, например, левую часть вторичной обмотки, чтобы стороны проволочной накладки одновременно не влияли на вторичную обмотку, то получим осциллограммы, представленные на рис. 10.

a) Правая сторона контура накладки находится в области включённой правой половины вторичной обмотки

b) область компенсации эдс индукции сторонами контура накладки

c) Левая сторона контура накладки находится в области включённой правой половины вторичной обмотки

Рис. 10. Индуцирование эдс проволочным контуром в правой половине вторичной обмотки

Из серии снимков видно, что пока одна из сторон контура доминирует в процессе возбуждения эдс во включённой половине вторичной обмотки, фаза эдс остаётся постоянной, а в середине половины обмотки амплитуда достигает максимума, что не характерно для случаев, когда обе части контура накладки оказывают влияние на вторичную обмотку. При смене влияния сторон фаза эдс инвертируется.
Это подтверждает выводы первой части работы, что токи Фуко не являются вихревыми, как не является вихревой и напряжённость электрического поля внутри материала накладки. Токи возбуждаются непосредственно изменяющимися индуцирующими токами в локальных областях проводящего тела и их пути в теле имеют стандартный вид проводящего контура с источником эдс и нагрузкой.
Чтобы окончательно прояснить вопрос индуцирования токов Фуко, необходимо определить фазу эдс, индуцируемую в накладке. Для этого воспользуемся найденной нами эквивалентностью с токовым короткозамкнутым контуром. Эквивалентная электрическая схема многовитковой проволочной накладки представлена на рис. 11.

Рис. 11. Эквивалентная электрическая схема многовитковой проволочной наставки; n – число витков наставки

Исходя из этой схемы, если мы попытаемся замерить эдс в любой её части, то получим нулевой результат, поскольку при приблизительно равных источниках и сопротивлениях каждого витка, будем получать балансную схему, в которой отношение резистивного делителя будет равно отношению делителя источников. Размыкание этой схемы, как и вставка внешнего сопротивления, будут изменять условия короткого замыкания в контуре. Чтобы уйти от компенсирующего влияния и максимально не изменить условия короткого замыкания был сделан двойной контур, состоящий из 10 витков медного провода Ø0,18 мм, и 10 витков медного провода Ø0,32 мм. При этом исходная схема принимает вид, показанный на рис. 12.

Рис. 12. Эквивалентная схема многовиткового контура из проводников разного диаметра при отводе сигнала от места соединения проводников; E[sub]1[/sub], R[sub]1[/sub] – эдс и сопротивление части накладки из тонкого провода, E[sub]2[/sub], R[sub]2[/sub] – эдс и сопротивление части накладки из толстого провода

Исходя из данной схемы, если источники во всех витках накладки приблизительно одинаковы E[sub]1[/sub] = E[sub]2[/sub] = nE[sub]0[/sub], где E[sub]0[/sub] – эдс, возбуждаемая в одном витке накладки, n – количество витков половины обмотки накладки, если размеры витков и материал проводов тоже одинаковы, а R[sub]1[/sub] = kR[sub]1[/sub], k > 1, то учитывая, что сопротивление провода определяется стандартным выражением R = ρl/S, где ρ – удельное сопротивление провода, l – длина провода, S = πd[sup]2[/sup]/4 – сечение провода, напряжение между клеммами выхода будет определяться выражением
(1) Для выбранных нами размеров проводов, мы можем ожидать амплитуду E = 0,52nE[sub]0[/sub], что является измеримой величиной.
Прежде всего проверим, что свойства этого сдвоенного контура сохранились неизменными. На рис. 13 представлены соответствующие осциллограммы, из которых видно, что интересующая нас фаза эдс индукции во вторичной обмотке не изменилась по сравнению с одиночным контуром, осциллограммы которого показаны на рис. 8.

Рис. 13. Эдс во вторичной обмотке, возбуждаемая сдвоенным контуром накладки.

На рис. 14 представлены осциллограммы эдс, индуцируемой в проволочном контуре накладки и измеренной вышеуказанным методом двойного контура.

Рис. 14. Осциллограммы эдс, индуцируемой в проволочном контуре накладки и измеренной вышеуказанным методом двойного контура

Мы видим, что амплитуда, а главное, фаза индуцируемой эдс не изменяется при различном положении накладки на измерительной головке. Смещение частоты индуцируемой эдс составляет 1,65 деления при периоде первичного сигнала 4,9 делений. Таким образом, запаздывание равно 121°. Это достаточно близко к четверти периода, что позволяет записать зависимость индуцирующей эдс для электронной компоненты тока Фуко:
(2) где r - расстояние между индуцирующим проводником и эквивалентной стороной тела, в которой индуцируется электронная компонента тока Фуко. Обобщая этот результат с зависимостью, полученной нами в предыдущей работе, и описывающей эдс в проводнике при взаимном движении его и постоянного магнита, зависимость (2) приобретает вид:
(3) Полученная зависимость внешне похожа на ту, которая может следовать из уравнений Максвелла. И это вполне понятно. Если бы уравнения Максвелла были в корне несправедливы, то они не смогли бы описывать ни одно из наблюдаемых явлений индукции. Другое дело, что в зависимости (3) отсутствуют какие-либо потоки магнитного поля, воздействующие на площадь контура. Индуцируемая эдс является результатом непосредственного воздействия индуцирующего тока на линейную часть проводника, в котором индуцируется эдс. Поэтому расстояние берётся не между мифическим источником магнитного поля и контуром, а между индуцирующим током и проводником, в котором наводится эдс.
Независимость фазы и частоты индуцируемой в нём эдс от положения двойного контура на измерительной головке подтверждает выводы предыдущих экспериментов с короткозамкнутым контуром, поскольку демонстрирует наличие и неизменность токов Фуко, индуцируемых в накладках вдоль всей длины стороны головки. А следовательно, перефазировка эдс во вторичном контуре, возбуждаемой накладкой, свидетельствует о том, что индукция возбуждается именно сторонами контура накладки при взаимодействии с проводниками вторичной обмотки, а не всей плоскостью накладки как источника некоего магнитного поля.
Для ориентационной компоненты невозможно провести вышеописанный эксперимент с короткозамкнутым контуром. Но зная запаздывание для электронной компоненты и ранее продемонстрированную противофазность ориентационной и электронной компонент токов Фуко, мы можем с уверенностью утверждать, что ориентационная компонента опережает индуцирующий ток на четверть периода. При этом зависимость для ориентационного тока изменяет знак по сравнению с (3) и приобретает вид
(4) При этом, поведение данной зависимости при взаимодействии взаимно движущихся постоянного магнита и феррита ещё предстоит проверить.
С точки зрения полученных результатов становится понятным расхождение между графиками фаз запаздывания для материалов с доминирующей электронной и ориентационной компонентами. В первых электронная компонента тока Фуко отстаёт от фазы тока в первичной обмотке на 90°. Эдс во вторичной обмотке зависит от направления доминирующей в каждом случае ветви тока Фуко в наставке и в каждом случае тоже запаздывает на 90°. Результирующая фаза эдс может изменяться от 0° до -180°. В материалах с ориентационной компонентой эквивалентный ток опережает ток в первичной обмотке на 90°, а потому результирующая эдс в зависимости от доминирования того или иного направления влияющих элементов эквивалентного тока в накладке, имеющих противоположное направление, может изменяться от 0° до +180°.
Естественно, это начальные исследования, не учитывающие многие факторы, связанные с особенностями самих материалов. В частности, так как электронная компонента обусловлена непосредственным возбуждением направленного движения электронов проводимости в теле накладки, то вследствие малой инерции электронов, фаза данного тока, как минимум на низких частотах, практически не будет зависеть от частоты индуцирующего тока. Ориентационный же ток, формируемый инерционными атомами доменов, будет иметь существенную зависимость фазы запаздывания от частоты даже на звуковых частотах, что необходимо учитывать при моделировании физических процессов, описывающих токи Фуко. Также следует отметить и то, что нет идеальных материалов с электронной, как и ориентационной компонентами тока Фуко. Это тоже будет влиять на величину фазы запаздывания, делая её неидеальной по описанию. Фактически, расшифровав особенности поведения амплитуды и фазы токов Фуко для различных материалов, можно проникнуть в тайны реальных электромагнитных свойств, не маскируемых внешне проявляемыми компенсирующими и маскирующими эффектами, с которыми мы неоднократно сталкивались и в проводимом исследовании.
Описанные особенности компонентов тока Фуко отражаются и на распространении этих токов внутри проводящего тела. Если мы рассмотрим два последовательных слоя этого тела, то увидим, что каждый следующий от индуцирующего тока слой будет возбуждаться разностью токов самого индуцирующего тока и индуцируемых токов в предыдущих слоях. Для электронной компоненты это будет обусловлено встречными токами в предыдущих слоях, а в ориентационной компоненте – локальной замкнутостью микротоков доменов, вследствие чего на домены следующего слоя будет воздействовать разупорядывающий ток предыдущего слоя, так как ток исходной направленности будет ориентироваться со стороны индуцирующего тока, как показано на рис. 15b.

Рис. 15. Схемы затухания индуцирующих токов в слоях проводника для электронной (a) и ориентационной (b) компоненты токов Фуко; зелёным цветом показаны индуцирующие токи

Вследствие этого, обе компоненты тока Фуко внутри тела затухают значительно быстрее поля индуцирующего тока в свободном пространстве. Единственное различие в характере затухания проявляется в том, что в случае электронной компоненты степень затухания определяется проводимостью тела и возможностью замыкания тока I[sub]e1[/sub] в области слабого индуцирующего тока поля. Это обусловлено тем, что разность токов во втором слое будет «конкурировать» с током первого слоя, пытающимся замкнуться, и если само тело будет находиться в области слабого изменения поля или омическое сопротивление тела будет значительным, то и ток I[sub]e1[/sub] будет мал, а значит, и затухание будет более слабым. А следовательно, индукция, возбуждаемая разностью токов, в следующем слое будет значительной и замыкание тока предыдущего слоя не будет реализоваться до той области, в которой индуцирующий ток следующего слоя не станет меньше суммы токов предыдущих слоёв. Там и произойдёт замыкание токов. И чем уже будет область замыкания, тем меньше будет электронная компонента тока Фуко.
Ориентационный ток от этого не зависит, но зависит от массивности самого ферромагнетика. Если бы мы попытались сделать ферритовую накладку с толщиной ранее использованной проволочной, то такого эффекта, как на проволочной наставке, не получили бы.
Так же и с многослойными накладками, состоящими из материалов с разной доминирующей компонентой тока Фуко. Внешне кажется, что образование многослойной накладки должно было бы увеличивать результирующий ток в любом случае, поскольку ток в одной накладке будет возбуждать в другой накладке ток того же направления, что и индуцируемый извне. Но в действительности, вопрос стоит сложнее. На рис. 16 представлены осциллограммы последовательного наложения ферритовой накладки поверх медной.
Рис. 16. Осциллограммы эдс индукции во вторичной обмотке головки при последовательном наложении медной (a), ферритовой поверх медной (b) и массивной ферритовой поверх медной (c) накладок

Как и ожидалось, при наложении обычной ферритовой накладки поверх медной, на рис. 16 b амплитуда сигнала немного возросла. Наложение массивной ферритовой накладки на рис. 16 с привело к значительному росту амплитуды эдс во вторичной обмотке.
Но поменяем местами материалы накладок и первой поставим ферритовую, а поверх неё медную и массивную медную. Результаты представлены на рис. 17.

Рис. 17. Осциллограммы эдс индукции во вторичной обмотке головки при последовательном наложении ферритовой (a), медной поверх ферритовой (b) и массивной медной поверх ферритовой (c) накладок

Как мы видим, эффект полностью противоположный. Медная накладка поверх ферритовой ослабляет токи Фуко в последней, а массивная практически их уничтожает.
Так что здесь последовательность слоёв оказывает принципиальное значение, как и важно, откуда направлен источник возбуждения токов Фуко. Ферритовая накладка со стороны источника усиливает токи Фуко в медной накладке, расположенной перед ней со стороны источника. Медная накладка, наоборот, ослабляет токи Фуко в феррите, расположенном перед ней со стороны источника.
Этот эффект обусловлен как раз особенностями электронной и ориентационной компонент тока Фуко и ориентацией их реакции на внешнее индукционное воздействие. Если феррит расположен перед медью, то в меди наводится эдс противоположного знака и он оказывается расположенным между одинаково направленными токами, как показано на рис. 18.
Рис. 18. Схема индукции токов Фуко в составной наставке из феррита и листа меди

Учитывая же циркуляционный характер микротоков в феррите, внешний ток и ток в меди получаются разупорядочивающими для доменов феррита. Поэтому наблюдается ослабление тока Фуко в нём.
В случае расположения феррита сзади меди, ориентационные токи в феррите наоборот усиливают электронные токи в меди, будучи направленными согласно с внешним полем.
Описанные особенности важны для правильной экранировки объектов от внешнего эм поля, в частности самолётов от радаров, а также защиты аппаратуры от внешних мощных импульсных воздействий, нарушающих работоспособность приборов.

В целом, проведенное исследование продемонстрировало, что токи Фуко состоят из двух компонент. Электронная компонента токов Фуко имеет вид обычного, невихревого переменного тока в проводящем теле. Направленность его противоположна индуцирующему току, т.е. имеет направленность, препятствущую изменению поля индуцирующего тока в области проводящего тела.
Ориентационная компонента возникает вследствие ориентации доменов в ферромагнитном теле по закону Био-Савара-Лапласа при взаимодействии микротоков атомов ферромагнетика с индуцирующим током первичной обмотки. Данный ток можно назвать условным, поскольку при этом сам ток электронов/ионов не возникает, но токи орбитальных электронов атомов доменов формируют некоторый переменный во времени эквивалентный ток, способный возбуждать эдс индукции во вторичной обмотке. Физическая сущность этого тока такая же, как и у постоянного магнита, в котором нет (или почти нет) электронного тока как такового, но ориентированные токи отдельных атомов складываются в некоторый суммарный эквивалентный ток. Учитывая природу своего возникновения, ориентационный эквивалентный ток всегда ориентирован по направлению индуцирующего тока. Оба тока имеют фазы запаздывания, смещённые на четверть периода возбуждающего поля, но электронная компонента запаздывает, а ориентационная опережает по фазе возбуждающее токовое поле. Сам процесс возбуждения токов Фуко определяется прямым воздействием индуцирующих токов и результат воздействия определяется как суперпозиция воздействий элементарных токов индуктора. Электрическое поле токов Фуко также не вихревое, как в материалах с электронной, так и ориентационной компонентой. Электрическая схема тока Фуко состоит из эдс, наведенной в некоторой области тела, и пассивного сопротивления растеканию тока в остальных частях этого тела. Замыкание токов Фуко для электронной компоненты происходит в области со слабым внешним токовым полем и при условии, что суммы эдс, наведенные в более близких к источнику поля слоях, превышают эдс, наведенную в слое, где осуществляется замыкание токов Фуко.
#8 | Сергей Каравашкин »» | 26.03.2015 22:48
  
0
В продолжение темы, мы опубликовали работу

Влияние нюансов на продвижение познания Природы

В ней мы обобщили ряд ранее наработанных материалов по электромагнетизму, в том числе, и материалы, приведенные в теме Ерохина.
#9 | Сергей Каравашкин »» | 21.04.2015 23:01
  
0
Роль маскирующих эффектов в эксперименте

Показано влияние маскирующих эффектов на анализ проводимых экспериментов. Приведенный разбор конкретных маскирующих эффектов и последующее отклонение пути познания в сухие ветки абстрактных представлений показывает, сколь скрупулёзно следует подходить к каждому эксперименту и какие последствия проявляются от пренебрежения теми или иными факторами, вследствие попыток мыслить из экономии или втискивания новых эффектов в границы старых представлений без непредвзятого решения возникающих проблем. Подобная погоня за новыми эффектами превращается в поиски фокусов, а за спиной исследователей остаётся всё больше белых пятен, противоречий, дуализмов, наслаивающихся друг на друга, не добавляя ничего к продвижению познания, но лишь создавая некоторую иллюзию наукоподобности знания. Понятно, что сколь бы скрупулёзны ни были исследования, опасности маскирующих эффектов избежать полностью невозможно, но второй продемонстрированной причиной укрепления маскирующих эффектов является человеческий фактор. Если бы учёные не увлеклись красотой четырёхмерного инварианта и непредвзято проанализировали даже те аспекты, которые тогда были выявлены, наука уже в начале 20-го века пошла бы по совсем иному пути без парадоксов и дуализмов, застрявших, как палки в колёсах развития науки. Тогда и кризиса науки не было бы, а с таким торможением будем ещё сотню лет не развитием знаний заниматься, а преодолевать буреломы, наваленные нами самими в попытках втиснуть старые проблемы в новые решения.
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
© decoder.ru 2003 - 2019, создание портала - Vinchi Group & MySites
ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - logoSlovo.RU