|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Униполярная электромагнитная индукция |
 | |
Анимация
Описание
Явление униполярной индукции является частным случаем электромагнитной индукции и возникает при вращении проводящих тел, обладающих собственной намагниченностью либо помещенных во внешнее магнитное поле. Традиционная схема опыта иллюстрирующего униполярную индукцию приведена на рис. 1.
Геометрия наблюдения униполярной индукции
Рис. 1
О и С - соответственно фиксированный и подвижный контакты.
К вращающемуся с постоянной угловой скоростью w однородно намагниченному проводящему цилиндру при помощи двух скользящих контактов (0 - на оси и с - на образующей цилиндра) и неподвижных проводов подсоединен вольтметр (V), измеряющий наводимую в замкнутой цепи ЭДС. Если вольтметр идеальный, т.е. имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление, ток в цепи отсутствует и сила Лоренца, действующая на подвижные носители заряда в цилиндре, равна нулю:
,
где r - расстояние от оси вращения до точки наблюдения (вектор r направлен от оси);
- скорость точки наблюдения;
B - вектор магнитной индукции, который в нерелятивистском приближении (
) для постоянной намагниченности M можно считать постоянным (B = 4pM при r < R, R - радиус цилиндра);
E - напряженность электрического поля, индуцирующегося во вращающемся магнетике.
Из приведенного уравнения следует, например, что:
.
Вольтметр регистрирует разность потенциалов между поверхностью и осью цилиндра:
,
совпадающую в этом бестоковом режиме с ЭДС униполярной индукции. При подключении конечного сопротивления (нагрузки) под действием этой ЭДС возникает ток индукции, величина которого зависит от его объемной плотности по телу цилиндра и от качества скользящих контактов.
К эффектам униполярной индукции относят также возникновение радиальной электрической поляризации Ре внутри вращающегося магнетика, характеризуемого аксиальной намагниченностью М. При этом суммарный электрический заряд остается равным нулю, но его плотность перераспределяется: внутри цилиндра индуцируется заряд с объемной плотностью:
,
а на боковой поверхности появляется индуцированный поверхностный заряд с плотностью:
.
Разделение зарядов в движущемся магнетике можно трактовать как релятивистское преобразование электрического и магнитного дипольных моментов.
Впервые явления, связанные с униполярной индукцией, наблюдал Д.Араго в 1824 г. При вращении медной пластинки под катушкой компаса его стрелка приводилась во вращение.
Термин "униполярная индукция" не является удачным, т.к. униполярные машины как минимум биполярны; однако он достаточно распространен. Довольно часто униполярной индукцией называют любые проявления электромагнитной индукции в произвольно движущихся намагниченных телах (твердых, жидких, газообразных). В таком расширенном понимании униполярная индукция лежит в основе механизма возникновения ЭДС в магнитогидродинамических генераторах, позволяет объяснить формирование магнитных полей и динамику магнитосфер звезд, в частности, пульсаров.
Ключевые слова
Разделы наук
Переменные электрические поле и токМагнитная поляризация вещества
Магнитное поле
Электрический ток в твердых телах
Применение эффекта
Униполярная индукция, являясь частным случаем электромагнитной индукции, проявляется в любых произвольно движущихся намагниченных телах (твердых, жидких, газообразных); это обеспечивает ее широкое использование в электро-технических системах, например, МГД - генераторах, счетчиках электроэнергии и т.п.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Схема технической реализации представлена на рис. 2.
Вращение намагниченного ферромагнетика (диска, цилиндра)
Рис. 2
Обозначения:
1 - диск, цилиндр;
2 - ось вращения;
3 - электроды;
w - угловая скорость вращения диска, цилиндра;
V - вольтметр.
Намагниченный диск вращается. Чем больше частота вращения, тем большее напряжение показывает вольтметр.
Литература
1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |