Вращение ферромагнитного цилиндрического стержня при одновременном воздействии на него постоянного и

переменного магнитных полей.

1. Наблюдение эффекта, Рис.1.

1. Сердечник катушки (ротор)

2. Многослойная катушка.2 3. Внешний магнит.

.

1

3

Ротор 1 - (сплошной железный цилиндрический стержень) свободно вращается в скользящих подшипниках внутри катушки.

Катушка 2 - (многослойная намотка, 200 вит/см, ПЭ-0,47) питается переменным током V=10v, 50 Hz.

3 – постоянный магнит.

Наблюдение: При приближении к оси катушки магнита 3, возникает вращение ротора вокруг оси симметрии (стрелка на рисунке). Скорость вращения зависит от положения магнита и от тока в обмотке: с увеличением тока скорость вращения увеличивается. Выключение тока приводит к остановке ротора.Направление возникающего вращения от полярности магнита не зависит.

2. Варианты наблюдения эффекта.

1. а. Ротор – железо. в. Катушка питается переменным током. с. Постоянный магнит заменен внешним электромагнитом (питается постоянным током).

2. а. Ротор – железо. в. Катушка питается постоянным током. с. Внешний электромагнит питается переменным током.Результат остается прежним, вращение сохраняется (суперпозиция полей )

Эффект сохраняется при замене железных сердечников электромагнитов на ферриты, а также, при использовании в качестве внешнего источника постоянного магнитного поля керамического постоянного магнита. Это позволяет надеяться, что к эффекту не причастны токи Фуко

Все дальнейшие варианты эксперимента проводились как со стальными, так и с ферритовыми сердечниками.

3. Катушка с двумя коаксиальными обмотками. 2 3 1

Рис.2. 1- ротор, 2 – внешняя обмотка, 3 – внутренняя обмотка. Ротор может свободно вращаться вокруг своей продольной оси. При подключении к одной из обмоток (безразлично – какой) источника переменного тока, а ко второй – постоянного, ротор остается неподвижным при любых значениях тока (крутящий момент не возникает).

4. Две катушки с разделенными сердечниками (роторами).

1 2 Рис.3

На Рис.3 представлены два автономных узла, оси роторов которых

смещены друг относительно друга. В этом случае, при включении в катушку (1) переменного, а в катушку (2) – постоянного тока (или наоборот, что – безразлично), роторы начинают вращаться. Роторы всегда имеют встречное вращение. Направление вращения, возникающее в начальный момент, носит случайный характер.

При совмещении осей роторов вращение прекращается при любых токах.

5. Опыт со стержневыми магнитами.

3 N S 2 1 2 3 S N Рис.4

На Рис.4 представлена схема эксперимента, в которой используются постоянные стержневые магниты (3). Обмотка катушки (2) питается переменным током.

Вращение наблюдается, если постоянные магниты одноименными полюсами направлены в разные стороны, как показано на рисунке. Если одноименные полюса магнитов направлены в одну и ту же сторону, то вращение не возникает.

6. Опыт с поперечным постоянным магнитным полем.

3 А N f 2 S 3 1 1 B N S Рис.5

На рис. 5 представлен вариант с поперечными (скрещенными) магнитными полями. Вращение ротора 1 наблюдается как при поперечном магнитном поле, пересекающем катушку (магнит А), так и при поле, пересекающем любой из концов ротора (магнит В). Катушка 2, как обычно, питается переменным током. Корреляция между полярностью магнитов и направлением вращения не просматривается.

7. Опыт с вертикальной подвеской ротора (левитация в магнитном поле).

2 1 N 3 S Рис. 6 Вариант с вертикальной ориентацией ротора позволяет устранить реакцию подшипников. При включении тока в обмотку катушки 2 ферромагнитный стержень 1 втягивается в осевой канал катушки и при определенной величине тока магнитная сила, направленная вверх, уравновешивает силу тяжести. При приближении к ротору магнита 3 возникает крутящий момент и ротор начинает вращаться. Корреляция между направлением вращения и полярностью магнита не обнаружена (рис.6).

8. Произвольное расположение элементов. 1 N 4 4 2 3 S Рис. 7

В данном варианте ротор 1 вынесен за пределы электромагнита с неподвижным ферромагнитным сердечником 2. Ротор свободно вращается в подшипниках 4. Электромагнит питается переменным током. При приближении к ротору постоянного магнита 3, ротор начинает вращаться. Как и раньше, корреляция между направлением вращения и полярностью магнита не обнаружена.

Таким образом, эффект наблюдается и при пространственном разделении стержня и электромагнита.

Итак, получен некий набор экспериментальных фактов, которому должна удовлетворять теория эффекта.

2. Обсуждение эффекта.

Z

a o’ o dL Ω L’ M L0 N Y D S α dφ o o’ Bc Ba X Z b Ω o D L0 dL α N L’ o’ o' S Y dφ M o Bc Ba X

Рис.8. D – элементарный магнитный диполь ( с постоянным магнитным моментом μ и постоянным моментом импульса L0 ), Bc и Ba – векторы магнитной индукции постоянного и переменного поля соответственно: Вс/Ва= tgα, М – вращающий момент, dL- момент прецессии (мгновенные значения). Рисунки a и b соответствуют противоположному направлению вектора Ва (сдвиг на ½ периода).

Поведение ферромагнетика в магнитном поле определяется поведением элементарных магнитных диполей (спиновые магнитные моменты), которые, в сущности, и формируют ферромагнетизм. Магнитный момент диполя во

внешнем поле направлен по силовой линии. В переменном магнитном поле диполь, следуя за полем, будет поворачиваться вокруг центра равновесия. В периодическом поле диполь будет периодически менять свое направление на противоположное. Суперпозиция постоянного и переменного магнитных полей вызовет, помимо этого, еще и прецессию вокруг оси, совпадающей с направлением вектора постоянного магнитного поля Вс (ось Z, рис.8).

Действительно, на диполь D со стороны поля Вс действует вращающий момент М, который стремится повернуть ось диполя в плоскости ZY. Но диполь имеет собственный постоянный кинетический момент L0 и является, в сущности, гироскопом. Момент М перпендикулярен плоскости ZY. Поэтому, как следует из теории гироскопа, вектор L’= L0+dL , будет повернут относительно вектора L0 на угол dφ ( за время dt). Вынужденное вращение гироскопа будет происходить, следовательно, вокруг нормали к горизонтальной плоскости, как указано на рисунке фигурной стрелкой (вокруг оси Z).

Легко видеть, что при изменении ориентации полюсов диполя D на противоположную (смена знака поля Ва ) и, следовательно, обращение кинетического момента L0 на обратный), ось вращения (прецессии) диполя останется прежней (ось Z). А поскольку вектор М , при этом, также изменит знак на противоположный, то направление прецессии не изменится (см. рис 8а и 8b, фигурные стрелки).

В переменном магнитном поле динамика поляризации ансамбля элементарных магнитных диполей не будет пространственно когерентной: каждый отдельный диполь может иметь индивидуальную плоскость и направление вращения. Таким образом, усредненный по ансамблю кинетический момент импульса будет равен нулю.

При наложении дополнительного постоянного поля все диполи вращаются в одной плоскости синхронно и синфазно благодаря дополнительному моменту М. При этом, кинетические моменты импульсов элементарных диполей суммируются - вращение ансамбля становится когерентным.

В силу закона сохранения момента количества движения тело (в данном случае -ферромагнитная ось) приобретает равный и противоположный момент (суммарный момент равен нулю) и возникает вращение, которое и наблюдается в эксперименте. При этом, пространственная конфигурация устройства должна быть такой, чтобы вращающаяся ось совпадала с осью вращения ансамбля микро диполей.

Данная интерпретация эффекта не претендует на полноту, но показывает принципиальную возможность его возникновения.

В.Ф.Михайлов.