Е. И. Вараксина ,
ГГПИ им. В.Г.Короленко, г. Глазов, Удмуртская респ.;
Проф. В. В. Майер ,
, ГГПИ им. В.Г.Короленко, г. Глазов, Удмуртская Респ.

Учебные униполярные электродвигатели

Предлагаются учебные экспериментальные исследования униполярных электродвигателей. Подробно описаны конструкции приборов и технологии их изготовления. Внимание читателя обращается на богатейшую информацию о моделях униполярных двигателей в интернете. Статья написана так, что её можно непосредственно рекомендовать учащимся для изучения и последующего планирования исследовательского проекта. При необходимости учитель может давать школьникам отдельные задания, используя для их формулировки соответствующие фрагменты статьи.

В школе изучают коллекторный электродвигатель постоянного тока. Он состоит из неподвижного статора, вращающегося ротора и коллектора, обеспечивающего питание двигателя электрическим током. В качестве статора используют двухполюсный постоянный магнит или электромагнит. Ротор представляет собой электромагнит, ток на который подаётся через полукольца и щётки, образующие коллектор. Однако первый электродвигатель, созданный в 1821 г. великим Фарадеем, был униполярным: в нём использовался только один полюс магнита, коллектор вообще отсутствовал. Экспериментальным исследованиям униполярных электродвигателей и посвящена настоящая статья.

1. Униполярный электродвигатель

Рис. 1. Демонстрационный униполярный электродвигатель

Известно немало различных конструкций униполярных электродвигателей. Один из приборов, применявшихся для демонстрации принципа действия униполярного электродвигателя, изображён на рис. 1. В нём вокруг северного полюса постоянного магнита 1 вращается проволочная рамка 2 . Середина рамки соединена с остриём, которое погружено в чашечку со ртутью 3 , концы рамки опущены в кольцевой сосуд с ртутью 4 .

Электрический ток от правой клеммы проходит через центральную металлическую стойку, ртутный контакт 3 , ветви рамки 2 , кольцевой сосуд с ртутью 4 и боковую металлическую стойку к левой клемме. Воспользовавшись правилом левой руки, нетрудно сообразить, что для указанных на рисунке положения северного магнитного полюса и направления тока на рамку действует пара сил, заставляющая её вращаться в направлении, показанном стрелками.

2. Обсуждение конструкции униполярного двигателя

Рассмотренную модель униполярного двигателя в настоящее время нельзя использовать для воспроизведения в школе или дома. Дело не только в том, что она конструктивно сложна. Главная причина в том, что пары ртути ядовиты, поэтому применение ртути в учебных опытах неприемлемо.

Ртуть в описанных приборах выполняет две функции. Во-первых, обладая хорошей проводимостью, ртуть обеспечивает надёжный электрический контакт с небольшим электрическим сопротивлением между подвижными и неподвижными проводниками. Во-вторых, являясь при комнатной температуре жидкостью, создаёт сравнительно небольшое механическое сопротивление движущимся в ней проводникам.

Отсюда следует, что для создания пригодного для учебных опытов прибора нужно решить проблему хорошего контакта и малого сопротивления между движущимися проводниками.

Сразу приходит в голову идея использовать в кольцевом сосуде вместо ртути доступный электролит, например, водный раствор медного купороса. А как быть со ртутным контактом 3 ? Нужно, чтобы сила трения, возникающая при вращении рамки на острие, была мала, а контакт тем не менее был надёжным.

Нетрудно сообразить, что этим противоречивым требованиям может удовлетворить магнитный контакт, состоящий из постоянного стального магнита и примагниченного к его полюсу стального острия.

3. Учебная модель униполярного двигателя

Рис. 2. Основные элементы учебной модели униполярного двигателя

Для изготовления учебной модели униполярного двигателя придётся немного потрудиться. Все элементы, необходимые для сборки модели и выполнения экспериментального исследования, изображены на рис. 2.

Из медной проволоки диаметром около 1 мм согните П-образную рамку размером примерно 80 × 200 мм. Середину рамки и концы медной проволоки очистите от изоляции. От стального гвоздя диаметром 3–4 мм отрежьте кусок длиной 2–3 см и хорошо заострите один его конец. Получившийся стальной сердечник припаяйте к середине рамки из медной проволоки и подвесьте его к полюсу зажатого в штативной лапке стального полосового или подковообразного магнита. К другому полюсу магнита примагнитьте стальную шайбу с прикрученным к ней многожильным медным проводом в полихлорвиниловой изоляции. Толкните рамку, и вы увидите, как легко она колеблется и крутится на магнитном подвесе.

Подберите цилиндрический пластиковый сосуд диаметром примерно 110 мм и глубиной 40 мм. В центре дна сосуда сделайте круглое отверстие и посредством резинового колечка герметично закрепите в нём медный электрод диаметром 4–6 мм. Вместо медного можно использовать угольный электрод, в качестве которого подойдёт анод одного из элементов батареи карманного фонаря. С частью электрода, выступающей из дна сосуда вниз, соедините многожильный медный провод в изоляции. Сосуд установите на кольцевой керамический магнит диаметром 80 мм от старого динамика.

Статья подготовлена при поддержке салона свадебной и вечерней моды «моя Леди». Если Вы решили приобрести качественный и надежный костюм или платье, то оптимальным решением станет обратиться в салон «моя Леди». На сайте, расположенном по адресу www.salonmylady.ru, вы сможете, не отходя от экрана монитора, заказать офисные платья и костюмы по выгодной цене. Более подробную информацию о ценах и акциях действующих на данный момент вы сможете найти на сайте www.salonmylady.ru.

Рис. 3. Учебная модель униполярного двигателя в работе

Из пенопласта или другого материала малой плотности сделайте диск с отверстием в центре так, чтобы он мог свободно плавать на поверхности жидкости вокруг угольного электрода. Возьмите также две батарейки карманного фонаря на 4,5 В и соедините их последовательно. В стакане воды приготовьте насыщенный раствор медного купороса. Теперь всё готово для эксперимента.

В стоящий на магните пластиковый сосуд налейте раствор медного купороса. Над сосудом в магнитном держателе подвесьте проволочную рамку так, чтобы её оголенные концы погрузились в электролит. Провода, идущие от магнитного держателя и от угольного электрода, соедините с полюсами одной батарейки так, чтобы на прибор было подано напряжение 4,5 В. Если всё сделано правильно, вы увидите, что рамка начинает медленно вращаться вокруг своей оси!

Увеличьте напряжение – рамка начнёт крутиться значительно быстрее. Понятно, что если у вас под руками имеется источник, дающий большее напряжение, вы можете ещё увеличить скорость вращения ротора своего униполярного двигателя. Смените полярность напряжения – и рамка начнёт крутиться в противоположную сторону.

Посмотрите в сосуд с жидкостью: вы видите, что электролит также вращается, но в сторону, противоположную вращению рамки. Чтобы лучше продемонстрировать это явление, поместите на поверхность электролита плавающий диск: он будет крутиться в одну сторону, а рамка – в противоположную (рис. 3)!

4. Современные постоянные магниты

Успех построенной вами модели униполярного электродвигателя в значительной мере обеспечен мощным магнитным полем, создаваемым кольцевым керамическим магнитом. Основой этого магнита является феррит – керамический ферромагнитный материал, получивший широкое распространение около полувека назад.

Рис. 4. Внешний вид неодимовых магнитов

Однако за прошедшие после создания ферритовых магнитов десятилетия техника шагнула далеко вперёд. Современные неодимовые магниты, которые изготавливаются из сплава редкоземельного металла неодима c железом и бором (NdFeB), не идут ни в какое сравнение с керамическими. Они обладают огромной остаточной магнитной индукцией и весьма значительной коэрцитивной силой. Кроме того, поверхности этих магнитов покрыты защитным проводящим слоем. Сфера применения неодимовых магнитов настолько обширна, что легче указать те области, в которых эти магниты пока не используются.

Неодимовые магниты небольших размеров (рис. 4) вполне доступны по цене, и нет ничего проще, как приобрести их в интернет-магазине. Будем считать, что в вашем распоряжении имеется несколько неодимовых магнитов с продольной поляризацией в виде никелированных дисков или шайб диаметром 8–19 мм и толщиной 2–8 мм. На всякий случай напомним, что небольшие неодимовые магниты цилиндрической формы можно извлечь из вышедших из строя миниатюрных динамиков, телефонов и другой электронной техники.

5. Современные модели униполярного двигателя

Теперь приступим к созданию неодимового аналога двигателей, изображённых на рис. 1, 3.

Рис. 5. Униполярный двигатель с неодимовыми магнитами: а – верхний контакт отсутствует, т.к. на катоде элемента лежит изолирующая прокладка; б – прокладка убрана, двигатель работает

К положительному полюсу гальванического элемента 1 примагнитьте один или несколько неодимовых магнитов 2 (рис. 5, a ). Из медной проволоки диаметром около 1 мм согните рамку 3 , форма которой понятна из фотографии. Очистите от изоляции середину и концы рамки. Установите середину рамки на отрицательный полюс элемента так, чтобы её концы слегка касались боковой поверхности магнита. Как только вам удастся уравновесить рамку и обеспечить такой электрический контакт, что по ней пойдёт ток, рамка начнёт вращаться вокруг оси гальванического элемента (рис. 5, б )!

Чтобы вращение было заметно издали, к рамке можно приклеить полоски разноцветной изоленты.

6. Впечатляющая демонстрация униполярного двигателя

Размышляя об униполярном двигателе, мы пришли к выводу, что было бы интересно разработать такую конструкцию, которая обеспечивает вращение массивного ротора. Но такой ротор нужно ещё сделать. А что, если вместо металлического ротора использовать массивные гальванические элементы?

Рис. 6. Демонстрационный униполярный двигатель с массивным ротором

На рис. 6, а показано, к чему привели мысли о мощном униполярном двигателе. Демонстрационную модель униполярного двигателя соберите так. В муфте универсального штатива горизонтально закрепите стальной никелированный стержень 1 и к нему через стальной шарик 2 диаметром 8 мм от подшипника подвесьте неодимовый магнит 3 диаметром 10 мм и толщиной 2 мм. К магниту присоедините анод гальванического элемента 4 на 1,5 В. К первому гальваническому элементу посредством такого же неодимового магнита 5 присоедините второй элемент 6 так, чтобы оба элемента были включены последовательно. На катод второго элемента навесьте 2–3 неодимовых магнита 7 диаметром 19 мм и толщиной 6 мм. С помощью стальной шайбы на магнитах закрепите изогнутую из толстой бумаги П-образную полоску 8 , служащую индикатором вращения. На стержне 1 изолентой закрепите оголённый конец многожильного провода 9 в полихлорвиниловой изоляции, скрученного в спираль для придания ему упругих свойств.

Второй оголённый конец многожильного провода приведите в соприкосновение с боковой поверхностью неодимовых магнитов, висящих на последнем элементе. При этом батарея из последовательно соединённых элементов приходит в быстрое вращение вокруг своей оси (рис. 6, б )!

На зрителей опыт производит сильное впечатление, поскольку, на первый взгляд, отсутствует причина, заставляющая массивную батарею вращаться столь энергично. Вместо двух элементов в опыте можно использовать один, три или четыре последовательно соединённых неодимовыми магнитами гальванических элементов.

В заключение заметим, что нет физических явлений, которые не нашли бы практического применения. Из самых общих соображений вам должно быть ясно, что униполярный электродвигатель может служить и электрогенератором. В производствах, для которых нужны токи силой в сотни тысяч и даже миллионы ампер используют униполярные генераторы, подобные тем машинам, с которыми вы имели дело. Но подробности в следующий раз.

7. Для самостоятельного исследования

1. Магниты и магнитное поле. Какие бывают магниты и как их изготавливают? Что такое остаточная магнитная индукция? Что понимают под коэрцитивной силой? Чему равна магнитная энергия? Ответы на эти и многие другие вопросы вы найдёте на сайте www.valtar.ru/ , где очень интересно и вполне доступно рассказано о современных магнитах и магнитном поле.

2. Неодимовые магниты. Узнать, какие неодимовые магниты имеются в продаже, вы сможете на сайте www.magnitos.ru.

3. Униполярные двигатели. На сайте www.youtube.com/results?search_query=homopolar+motor&search=Search имеется видеоинформация о многочисленных моделях униполярного двигателя, построенных зарубежными учёными-физиками и любителями физики. С этими моделями полезно познакомиться, если вы хотите придумать что-нибудь новенькое.

4. Направления вращения элементов униполярного двигателя. Пользуясь правилом левой руки, определите направления силы Лоренца, действующей на положительные и отрицательные ионы электролита, рис. 3. Определите направление силы Лоренца, действующей на электроны, перемещающиеся в проволочной рамке. Сопоставьте полученные выводы с результатами эксперимента.

5. Сила Ампера. Допустим, что остаточная магнитная индукция вашего неодимового магнита 1,2 Тл, его диаметр 19 мм, сила тока, проходящего по поверхности магнита, 1 А. Оцените модуль силы, приводящей во вращение ротор униполярного двигателя, рис. 6.

В чем принципиальные различия между биполярным и униполярным шаговым двигателем, какой стоит выбрать?

В данной статье будут рассмотрены два типа двухфазных шаговых двигателя - униполярный и биполярный . Подобные названия появились благодаря тому, что в двухфазных шаговых двигателях встречаются два основных типа обмотки катушек, один - биполярный, другой - униполярный. Далее - рассмотрим оба типа подробнее, чтобы разобраться какой из них является более эффективным.

Униполярный шаговый двигатель

Униполярные шаговые двигатели, так же как и биполярные, имеют две обмотки, и каждая из них имеет центральный отвод. В зависимости от требуемого направления магнитного поля, в работу включается соответствующая половина обмотки, что достигается простым переключением ключей и существенно упрощает схему драйвера. Подобный механизм позволяет в качестве управляющей системы использовать простейший униполярный драйвер с четырьмя ключами.

Униполярный двухфазный шаговый двигатель имеет шесть выводов. Но так же бывает, что средние отводы катушек внутри соединены, что позволяет шаговому двигателю иметь только пять выводов. Благодаря простоте в эксплуатации, данные двигатели имеют широкую популярность среди как новичков любителей, так и во многих промышленных отраслях, поскольку униполярный шаговый двигатель является самым примитивным и дешевым способом получить высокоточные угловые движения.

Биполярные шаговые двигатели

С биполярными шаговыми двигателями дело обстоит немного иначе. Данные двигатели имеют только одну обмотку в одной фазе. Управляющая схема биполярного двигателя должна быть намного сложнее, чтобы менять направление магнитного поля с целью изменить направление тока в обмотке. Этого можно достигнуть с помощью схемы H-bridge. К тому же, для упрощения задачи можно приобрести несколько драйверных чипов, которые вам помогут. Биполярные шаговые двигатели, в отличие от униполярных имеют два вывода на одну фазу, ни один из которых не является общим. Иногда H-brigde сопровождают статические эффекты трения, что происходит с определенными приводными топологиями, однако это легко можно исправить, сгладив сигнал шагового двигателя на более высоких частотах.

Униполярные шаговые двигатели, в отличие от биполярных, имеют два вывода за фазу, ни одна из которых не является общей. Иногда H-brigde сопровождают статические эффекты трения, что происходит с определенными приводными топологиями, однако это легко можно исправить, сгладив сигнал шагового двигателя на более высоких частотах.

Выводы

Биполярные шаговые двигатели немного сложнее в управлении, но при схожих габаритах, биполярный двигатель способен обеспечить больший момент, в сравнении с униполярным. Однако униполярный двигатель, в противовес биполярному, проще в эксплуатации, и вполне сгодится для привода устройств с небольшой мощностью - бытовая техника (стиральная машина, холодильник), магнитофоны и т.д.

Магнитные двигатели (двигатели на постоянных магнитах) являются наиболее вероятной моделью «вечного двигателя». Еще в давние времена была высказана эта идея, но так никто его не создал. Многие устройства дают ученым возможность приблизиться к изобретению такого двигателя. Конструкции подобных устройств еще не доведены до практического результата. С этими устройствами связано много различных мифов.

Магнитные двигатели не расходуют энергию, являются агрегатом необычного типа. Силой, двигающей мотор, является свойство магнитных элементов. Электродвигатели также применяют магнитные свойства ферромагнетиков, но магниты приводятся в движение электрическим током. А это является противоречием основному принципиальному действию вечного двигателя. В двигателе на магнитах используется магнитное влияние на объекты. Под действием этих объектов начинается движение. Небольшими моделями таких двигателей стали аксессуары в офисах. На них двигаются постоянно шарики, плоскости. Но там для работы применены батарейки.

Ученый Тесла занимался серьезно проблемой образования магнитного двигателя. Его модель была выполнена из катушки, турбины, проводов для соединения объектов. В обмотку закладывался маленький магнит, захватывающий два витка катушки. Турбине давали небольшой толчок, раскручивали ее. Она начинала движение с большой скоростью. Такое движение называлось вечным. Двигатель Тесла на магнитах стал идеальной моделью вечного двигателя. Его недостатком стала необходимость начального задания скорости турбине.

По закону сохранения электропривод не может содержать более 100% КПД, энергия частично тратится на трение в двигателе. Такой вопрос должен решать магнитный двигатель, у которого постоянные магниты (роторный тип, линейный, униполярный). В нем осуществление механического движения элементов идет от взаимодействия магнитных сил.

Принцип работы

Многие инновационные магнитные двигатели применяют работу трансформации тока во вращение ротора, являющееся механическим движением. Вместе с ротором вращается вал привода. Это дает возможность утверждать, что всякий расчет не даст результата КПД равного 100%. Агрегат не получается автономным, он имеет зависимость. Такой же процесс можно увидеть в генераторе. В нем крутящий момент, который образуется от энергии движения, создает выработку электроэнергии на пластинах коллектора.

1 — Линия раздела магнитных силовых линий, замыкающихся через отверстие и внешнюю кромку кольцевого магнита
2 — Катящийся ротор (Шарик от подшипника)
3 — Немагнитное основание (Статор)
4 — Кольцевой постоянный магнит от громкоговорителя (Динамика)
5 — Плоские постоянные магниты (Защелки)
6 — Немагнитный корпус

Магнитные двигатели применяют другой подход. Необходимость в дополнительных источниках питания сводится к минимуму. Принцип работы легко объяснить «беличьим колесом». Для производства демонстративной модели не нужны специальные чертежи или прочностной расчет. Нужно взять постоянный магнит, чтобы его полюса находились на обеих плоскостях. Магнит будет главной конструкцией. К ней добавляется два барьера в виде колец (внешний и внутренний) из немагнитных материалов. Между кольцами располагают стальной шарик. В магнитном двигателе он станет ротором. Силами магнита шарик притянется к диску противоположным полюсом. Этот полюс не будет менять свое положение при движении.

Статор включает в себя пластину, изготовленную из экранируемого материала. На нее по траектории кольца закрепляют постоянные магниты. Полюса магнитов находятся перпендикулярно в виде диска и ротора. В итоге, при приближении статора к ротору на некоторое расстояние, появляется отталкивание и притяжение в магнитах поочередно. Оно создает момент, переходит во вращательное движение шарика по траектории кольца. Запуск и торможение осуществляется движением статора с магнитами. Такой метод магнитного двигателя действует, пока магнитные свойства магнитов будут сохраняться. Расчет делается относительно статора, шариков, управляющей цепи.

На таком же принципе работают действующие магнитные двигатели. Самыми известными стали магнитные двигатели на тяге магнитов Тесла, Лазарева, Перендева, Джонсона, Минато. Так же известны двигатели на постоянных магнитах: цилиндровые, роторные, линейные, униполярные и т.д. У каждого двигателя своя технология изготовления, основанная на магнитных полях, образующихся вокруг магнитов. Вечных двигателей не бывает, так как постоянные магниты утрачивают свои свойства через несколько сотен лет.

Магнитный двигатель Тесла

Ученый исследователь Тесла стал одним из первых, кто изучал вопросы вечного двигателя. В науке его изобретение называется униполярным генератором. Сначала расчет такого устройства сделал Фарадей. Его образец не произвел стабильности работы и должного эффекта, не достиг необходимой цели, хотя принцип действия был сходным. Название «униполярный» дает понять, что по схеме модели проводник находится в цепи полюсов магнита.

По схеме, обнаруженной в патенте, видна конструкция из 2-х валов. На них помещены 2 пары магнитов. Они образуют отрицательное и положительное поля. Между магнитами находятся униполярные диски с бортами, которые применяются как образующие проводники. Два диска друг с другом имеют связь тонкой лентой из металла. Лента может использоваться для вращения диска.

Двигатель Минато

Этот тип двигателя также использует магнетическую энергию для самостоятельного движения и самовозбуждения. Образец двигателя разработан японским изобретателем Минато более 30 лет назад. Двигатель обладает высокой эффективностью, характеризуется бесшумной работой. Минато утверждал, что магнитный самовращающийся двигатель такого исполнения выдает КПД более 300%.

Ротор изготовлен в форме колеса или дискового элемента. На нем находятся магниты, расположенные под определенным углом. Во время приближения статора с мощным магнитом создается момент вращения, диск Минато вращается, применяет отторжение и сближение полюсов. Скорость вращения и крутящий момент мотора зависит от расстояния между ротором и статором. Напряжение мотора подается по цепи реле прерывателя.

Для предохранения от биения и импульсных движений при вращении диска применяют стабилизаторы, оптимизируют расход энергии управляющего электрического магнита. Негативной стороной можно назвать то, что нет данных по свойствам нагрузки, тяге, которые применяются реле управления. Также периодически необходимо производить намагничивание. Об этом Минато в своих расчетах не упоминал.

Двигатель Лазарева

Русский разработчик Лазарев сконструировал действующую простую модель двигателя, применяющего магнитную тягу. Роторный кольцар включает в себя резервуар с пористой перегородкой на две части. Эти половины между собой сообщаются трубкой. По этой трубке поступает поток жидкости из нижней камеры в верхнюю. Поры создают перетекание вниз за счет гравитации.

При расположении колеса с расположенными на лопастях магнитами под напором жидкости возникает постоянное магнитное поле, двигатель вращается. Схема двигателя Лазарева роторного типа применяется при разработке простых устройств с самовращением.

Двигатель Джонсона

Джонсон в своем изобретении применял энергию, которая генерируется потоком электронов. Эти электроны находятся в магнитах, образуют цепь питания двигателя. Статор двигателя соединяет в себе множество магнитов. Они располагаются в виде дорожки. Движение магнитов и их расположение зависит от конструкции агрегата Джонсона. Компоновка может быть роторной или линейной.

1 — Магниты якоря
2 — Форма якоря
3 — Полюса магнитов статора
4 — Кольцевая канавка
5 — Статор
6 — Резьбовое отверстие
7 — Вал
8 — Кольцевая втулка
9 — Основание

Магниты прикрепляются к особой пластине, обладающей большой магнитной проницаемостью. Одинаковые полюса магнитов статора поворачиваются в сторону ротора. Этот поворот создает отторжение и притяжение полюсов по очереди. Совместно с ними смещаются элементы ротора и статора между собой.

Джонсон организовал расчет воздушного промежутка между ротором и статором. Он дает возможность коррекции усилия и магнитной совокупности взаимодействия в направлении увеличения или снижения.

Магнитный двигатель Перендева

Двигатель самовращающейся модели Перендева так же является примером применения работы магнитных сил. Создатель этого мотора Брэди оформил патент и создал фирму еще до начала уголовного дела на него, организовал работу на поточной основе.

При анализе принципа работы, схемы, чертежей в патенте можно понять, что статор и ротор выполнены в форме внешнего кольца и диска. На них по траектории кольца располагают магниты. При этом соблюдают угол, определенный по центральной оси. Из-за взаимного действия поля магнитов образуется момент вращения, осуществляется их перемещение друг относительно друга. Цепь магнитов рассчитывается путем выяснения угла расхождения.

Синхронные магнитные двигатели

Главным видом электрических двигателей является синхронный вид. У него обороты вращения ротора и статора одинаковые. У простого электромагнитного двигателя эти две части имеют в составе обмотки на пластинах. Если изменить конструкцию якоря, вместо обмотки установить постоянные магниты, то получится оригинальная эффективная рабочая модель двигателя синхронного типа.

1 — Стержневая обмотка
2 — Секции сердечника ротора
3 — Опора подшипника
4 — Магниты
5 — Стальная пластина
6 — Ступица ротора
7 — Сердечник статора

Статор сделан по привычной конструкции магнитопровода из катушек и пластин. В них образуется магнитное поле вращения от электрического тока. Ротор образует постоянное поле, взаимодействующее с предыдущим, и образует момент вращения.

Нельзя забывать о том, что относительное нахождение якоря и статора имею возможность изменяться в зависимости от схемы двигателя. Например, якорь может быть сделан в форме наружной оболочки. Для запуска двигателя от сети питания применяется схема из магнитного пускателя и реле тепловой защиты.

 

Униполярный двигатель - очень удачное применение сверхпроводящих магнитов, поскольку здесь требуется более высокая напряженность поля в большом объеме и отсутствует механическая реакция поля и ротора. Самая сложная криогенная проблема при сооружении больших сверхпроводящих магнитов связана с наличием сил взаимодействия между магнитом, находящимся при низкой температуре, и его окружением, находящимся при комнатной температуре. В случае униполярного двигателя эти силы отсутствуют.  

Фарадеем униполярного двигателя, были созданы сотни оригинальных униполярных машин. Но, пожалуй, самой замечательной униполярной машиной является наша планета Земля.  

Пожалуй, самым интересным МГД-двигателем является униполярный двигатель с жидким ротором планеты Земля. Этот МГД-двигатель расположен на границе твердого и жидкого ядра нашей планеты.  

Как и все электрические машины, униполярный двигатель имеет статор и ротор. Ротором двигателя планеты служит жидкая часть ядра и жидкая магма, двигающаяся в сферической оболочке между твердым ядром, твердой магмой и корой Земли.  

Отличие двигателя планеты от сферических гиродинов космических летательных аппаратов состоит в том, что униполярный двигатель Земли имеет жидкий ротор, внутренний статор и внешнюю оболочку. Обычно технические гиродины питаются переменным током высокой частоты, а гиродин планеты - униполярный двигатель.  

Активное сопротивление Л - сопротивление контура продольных токов ядра Земли, в котором протекают токи МГД-генератора и униполярного двигателя.  

Электромеханическая модель Земли состоит из двух электрических машин: МГД-генератора, преобразующего механическую энергию космических частиц в электрическую энергию, токов радиационных поясов (7рп) и токов в ядре (/) и униполярного двигателя, ротором которого является жидкая часть магмы, а статором - твердое ядро и литосфера. Обе машины объединены магнитным полем Земли и образуют электрическую машину - планету Земля.  

В ударном режиме ротор униполярного генератора, совместно с маховиком или без него, используется как накопитель кинетической энергии, которая при подключении нагрузки преобразуется в электрическую. Униполярные двигатели находят применение в установках, где требуется иметь минимальную индуктивность цепи якоря. При необходимости генерирования больших токов униполярные генераторы превосходят машины постоянного тока с коллектором, так как в них не требуется принимать мер для обеспечения удовлетворительной коммутации; кроме того, в них отсутствуют магнитные потери в стали и некоторые добавочные потери.  

Момент вращения Земли вокруг своей оси создается токами ее ядра, а электромеханическое преобразование энергии в МГД-двигателе происходит в зоне наибольшей концентрации энергии магнитного поля - в зоне на границе твердого ядра и его жидкой части и магмы. В униполярном двигателе планеты развиваются огромные электромагнитные силы и моменты, которые как и в обычных электрических машинах, должны быть приложены к железным участкам твердого ядра.  

Довольно точно можно сказать, что наибольшее применение в настоящее время сверхпроводящие магниты нашли в области физических исследований. В промышленности они применяются в униполярных двигателях и генераторах. Униполярный двигатель представляет очень простое устройство, в котором проводящий диск вращается между полюсами магнита.  

До сих пор не решена загадка движения униполярного двигателя Фарадея. Дело в том, что изобретенный им двигатель вращается вопреки физическим законам. Ученые не могут пока преодолеть парадокс движущей силы в его двигателе, в котором функционирует вращающийся магнит-ротор.

Взгляните на фото, как выглядит простой двигатель Фарадея, сделанный из винта, батарейки, провода, и магнитного диска.

Любой человек, знакомый с элементами электротехники, знает, что обычные электродвигатели состоят из неподвижного статора и вращающегося ротора. В качестве статора используются два вида магнитов: постоянный или электромагнит (постоянный или переменный). Как правило в моторах устанавливается переменный электромагнит. Вращение ротора происходит за счет притягивания и отталкивания его от статора, таким образом ротору передается непрерывное движение.

Если ротор притягивается к статору, то и статор притягивается к ротору. Если ротор отталкивается от статора, то и статор отталкивается от ротора. На двигателе Фарадея отсутствует статор. Ротору в этом случае не от чего отталкиваться. В соответствии с известными законами физики двигатель не должен вращаться. А он вращается.

Униполярный двигатель впервые был продемонстрирован Майклом Фарадеем в 1821 году в Королевском институте в Лондоне.

Рассмотрим несколько конструкций двигателей на неодимовых магнитах. На обычных магнитах такой двигатель не работает.

Первая модель одна из наиболее простейших, такой мотор можно сделать за минуту. В качестве ротора используется обыкновенный саморез и соединенный с ним неодимовый магнит. Ток подается непосредственно от одного полюса батарейки и через провод.

Вторая разработка мотора на неодимовых магнитах, создание которого понятно из видео

Третий вариант двигателя на магните. Неодимовые магниты в этом магазине.

Можно и так, не обязательно ставить магниты на батарейку:

Четвертая модель двигателя на неодимовых магнитах на видео, в котором вращается сама батарейка вместе с магнитом.

МАЙКЛ ФАРАДЕЙ (1791-1867)

Английский физик и химик. Майкл Фарадей родился в 1791 году в Ньюингтоне, Англия. Он происходил из бедной семьи и в значительной степени был самоучкой. Посвященный в возрасте четырнадцати лет изучению переплетчика и книготорговца, он использовал эту возможность и много читал. В возрасте двадцати лет он присутствовал на лекциях известного британского ученого сэра Хамфри Дэви, который его очаровал. Он написал Дэви и, наконец, получил работу в качестве помощника.

Несколько лет спустя Фарадей уже делал важные открытия самостоятельно. Ему не хватало хорошей математической основы, но он был непревзойденным как физик-экспериментатор. Первое важное открытие в области электричества, Фарадей сделал в 1821. Два года назад Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка отклоняется, когда электрический ток течет через проводник, расположенный близко. Фарадей подумал, что если магнитная стрелка будет прикреплена, шнур будет двигаться. Во время работы над этой идеей ему удалось построить устройство, в котором шнур вращается вокруг магнита, пока электрический ток проходит через кабель. Фактически, Фарадей изобрел первый электродвигатель, первое устройство, которое использует электричество для перемещения объектов. Хотя он очень примитивен, Двигатель Фарадея был прародителем всех электродвигателей, которые в настоящее время используются. Это был огромный прорыв, но его практическое значение оставалось ограниченным, поскольку единственным известным источником электрического тока были примитивные химические батареи. Фарадей был убежден, что должен быть какой-то способ, чтобы использовать магнетизм для генерирования электрического тока, и упорно искал такого метода. Оказалось, что неподвижный магнит не генерирует электрический ток в соседнем проводнике, но в 1831 году Фарадей обнаружил, что если магнит проходит через замкнутую проволочную петлю, ток течет через кабель. Это явление называется электромагнитной индукцией, и открытие закона, регулирующего это явление (закон Фарадея), широко рассматривается как величайшее достижение Фарадея. Открытие Фарадея имело большое значение по двум причинам. Прежде всего, закон Фарадея имеет фундаментальное значение в теории электромагнетизма. Во-вторых, электромагнитная индукция может быть использована для генерации электрического тока, как показал сам Фарадей, построив первый генератор. Современные электрогенераторы, которые обеспечивают электроэнергией наши города и фабрики, конечно, гораздо сложнее, но все они основаны на одном и том же принципе электромагнитной индукции.

Фарадей также внес большой вклад в химию. Он изобрел метод сжижения газов и обнаружил множество различных химических веществ, включая бензол. Еще важнее его открытия в области электрохимии (изучение влияния электрического тока на химические соединения). В результате тщательно проведенных экспериментов Фарадей установил два закона электролиза, которые были названы в его честь. Эти законы составляют основу электрохимии. Он также популяризировал многие важные термины, используемые в этой области, такие как анод, катод, электрод и ион. Фарадей представил такие важные понятия для физики, как линии напряженности магнитного поля и линии напряженности электрического поля. Подчеркивая важность не столько магнитов, сколько полей между ними, он подготовил почву для многих достижений современной физики, в том числе уравнений Максвелла. Фарадей также обнаружил, что изменяется плоскость поляризации света, проходящего через магнитное поле. Это открытие было важно, потому что это был первый сигнал, что есть связь между светом и магнетизмом.

Фарадей был не только очень талантливым человеком, но и очень красивым. Он также был очень хорошим научным пропагандистом. Тем не менее он оставался скромным и не придавал значения славе, деньгам и почестям. Он не принял титул дворянина или позицию председателя Британского королевского общества, которую он предложил. Его брак был долгим и счастливым, но бездетным. Он умер в 1867 году недалеко от Лондона.