Парадокс Фарадея - це експеримент, вперше описаний Майклом Фарадеєм, який, на перший погляд, суперечить його закону індукції.
Коли алюмінієвий диск обертається, з вольтметра можна зняти напругу. Якщо, з іншого боку, обертається тільки магніт, показання напруги залишаються нульовими. Якщо магніт і алюмінієвий диск обертаються, можна виміряти напругу.
Експериментальна установка складається з циліндричного постійного магніту і сусіднього провідного диска, обидва з яких розташовані так, щоб обертатися навколо осі. Вісь симетрії магніту і диска збігається з віссю обертання, і магніт поляризований по осі (тобто полюси знаходяться на осі). Електрична напруга вимірюється на диску між віссю і його краєм; Для цього на його зовнішній стороні і біля осі розміщують ковзаючі контакти.
Якщо диск обертається, а магніт знаходиться в стані спокою, на клемах є напруга. Це можна описати силою Лоренца або правилом потоку (уніполярна індукція). Кінцева напруга також виникає, коли диск і магніт механічно з'єднуються і переміщуються разом. З іншого боку, якщо рухається тільки магніт, а диск знаходиться в стані спокою, то напруги на клемах немає. Це спантеличило Фарадея, оскільки він вважав, що єдине, що має значення для виникнення напруги, це те, що диск рухається відносно магніту.
Однак насправді магнітне поле постійного магніту (значною мірою) не залежить від його обертання. Тому немає різниці, обертається він чи ні. З іншого боку (для спостерігача, що знаходиться в стані спокою) сила Лоренца діє на електрони в диску, як тільки вони рухаються в магнітному полі. Тому напруга між нерухомими ковзними контактами вимірюється саме тоді, коли диск обертається.
Якщо ми подивимося на експеримент не з точки зору спостерігача в стані спокою, а як спостерігача, що рухається разом з диском (обертається навколо своєї осі), то ми завжди будемо вимірювати напругу нуля між центром і краєм диска; Магнітне поле не залежить від будь-якого обертання магніту. З іншого боку, в ланцюзі між (для даного спостерігача) обертовими ковзними контактами буде вимірюватися індукційна напруга, так як цей ланцюг являє собою провідник, що обертається в магнітному полі.
Цей непростий для розуміння ефект знову і знову приводив до непорозумінь і, наприклад, до різних спроб побудувати на основі уніполярної індукції своєрідний вічний двигун, так звану N-машину.
Ерік Едлунд писав у 1878 році про уніполярну індукцію, ґрунтуючись на власних оригінальних уявленнях про електрику.
* Цікавий експеремент провів допитливий дослідник: ПОСИЛАННЯ Гарне дослідження, але висновки невірні. Перше, магнітні лінії завжди замкнуті від одного полюса до іншого і в плоскому аксіальному магніті найкоротша відстань це край, саме з цієї причини йде зміщення. Коли він склав чотири магніти, краї, що стикаються, отримали перепону для ліній від сусідніх магнітів, тому магнітні лінії зміщені в зону, де магнітний опір мінімальний і магнітний шлях коротший. Те, що магнітні лінії не рухаються відносно цента з магнітом, говорить тільки про те, що джерелом поля є не матеріал магніту з його доменами. Джерело ми не знаємо. Головне при обертанні магніту навколо осі магнітні лінії не рухаються за магнітом. (мал. далі)
*
На знімку чотири епізоди експерименту. Під аркушем прозорого пластику розташований магніт аксіального намагнічування з пристосуванням для обертання навколо осі намагнічування. З відео ми бачимо, що оператор насипає порційно металеву тирсу, яка намагнічується і формується в зчепленні за напрямками і векторами магнітних силових ліній. Під час обертання магніту тирса і власне силові лінії магнітного поля залишаються без руху.
Міркування оператора, що в магніті присутні якісь струми, за аналогією з електричним струмом, вочевидь помилкові. Єдиним магнітним струмом є вектор магнітної індукції. Вище я вже зазначив, що силові лінії завжди замикаються між полюсами диполя. Також вони це роблять найкоротшим шляхом. У плоскому магніті найкоротша відстань між полюсами це край, саме з цієї причини йде зміщення силових ліній до краю. При складанні декількох магнітів разом з боку ребра сусіднього магніту лінії не можуть замкнутися, тому відбувається зміщення в бік вільного ребра.
Що власне демонструється в експерименті оператора.
****
Залишається з'ясувати як працює наведення індукції в експерименті Фарадея відомому як "Парадокс Фарадея"
Фарадей був упевнений, що ЕРС можлива тільки при перетині магнітних силових ліній дроту перпендикулярно. Тому чому відбувається наведення ЕРС у такій комбінації не зрозумів. Давайте розберемося як замикаються магнітні силові лінії магніту між полюсами. У будь-якому підручнику нам намалюють приблизно однакову картинку:
Я зробив модулювання плоского магніту і металевої пластини, яка прикладається до магніту з одного з полюсів.
Найбільше значення магнітної індукції ми виявили якраз у фокусі магнітних ліній, які замикаються від полюса до полюса. Найбільша концентрація залізної тирси так само спостерігається на краях магніту. Навіть у тілі магніту програма FEMM вважає значення магнітної індукції в рази меншим.
Залишається дещиця, з'ясувати, як відбувається механізм наведення ЕРС між контактами осі і обода металевого диска або магніту. Щодо цього, у мене тільки одна ідея, це протягування електропровідного матеріалу (залізний диск або тіло залізного магніту) усередині (у фокусі) силових ліній із високим ступенем магнітної індукції.
Ще один відеоролик з демонстрацією поведінки силових ліній при обертанні різних магнітів навколо осі. При обертанні воркуг осі плоского магніту з аксіальною намагніченістю силові лінії не переміщаються за тілом магніту.
*На этом принципе построен знаменитый генератор постоянного тока - генератор Брюса Де Пальма.
*
Патент 1995-03-23 WO1995008210A1 "Уніполярний генератор" Inventor: Bruce Depalma
*
