Магнитная проводимость, как и - электрическая, для сегодняшней физики тайна за семью печатями. Электрические процессы доступны для прямой визуализации, а магнитные -нет. Поэтому ошибочность понимания сути в магнетизме более живучи. Если читатель уже ознакомился с
анимационными картинками по магнетизму для электронов, то многое ему стало понятным физически. Например, очевидно, что монополь Дирака - бессмыслица, хотя тема не сходит со страниц научных изданий. Зато, рождается много других вопросов, в частности, почему вихревая магнитная сила (рис. 1а) создает ничтожный сигнал в трансформаторе тока (рис.1б), а через магнитный сердечник она способна создавать очень большой и мощный сигнал (рис. 1в)?
Рис.1. Различные эффекты от протекания тока через проводник.
Это те вопросы, которые мы задали себе лет 10 назад. Ответ, полученный авторами этой статьи, повергал в шок: всё, чему нас учили в институтах по магнетизму, - ложь. И прежде, чем излагать физику процессов, приведем описание самого важного опыта.
Дальше- просто дело техники, наши наработки позволили расшифровать физику. Если читатель знаком с нашей моделью электрона [1], то он знает, что поле энергии электрона представляет собой раскручивающуюся спираль Архимеда в виде ленты. Поэтому внешняя магнитная сила может эффективно действовать только перпендикулярно оси симметрии электрона. Но фокус в том, что любое движение электрона изменяет его ориентацию- его ось симметрии разворачивается по вектору скорости. А это ведет к тому, что эффективность магнитной силы падает. Так мы обнаружили причину вихреобразования магнитного потока. Но ответы на поставленные выше вопросы пока не получены.
2. Магнитная проницаемость.
Пусть, в исходном положении ориентация электронов случайна и лишь половина их числа готова воспринять внешнюю магнитную силу. Конечно, это условность. В действительности они все воспринимают эту силу, только проекция силы на ось симметрии разная
( 1).
(Здесь подразумевается угол между линией действия силы и осью симметрии электрона).
Условность же вводим с той целью, чтобы решать одно уравнение, а не бесконечное их число.
Рис.2. Движение электрона в магнитном сердечнике.
На рис.2 показано движение электрона под действием магнитной силы
( 2).
Эффективная магнитная сила
( 3).
уравновешивается силой реакции та, то есть, ускорение равно
( 4).
А поскольку угол является функцией скорости
( 5).
то через некоторое время
t0 угол будет равен нулю, чтобы ускорение тоже исчезло.
Поворот электрона характеризуется ориентацией магнитного поля электронов, которое в установившемся режиме оказывается направленным по воображаемой окружности вокруг сечения сердечника. Это поле и индуцирует в витках вторичной катушки ЭДС. Разумеется, магнитное поле не различает -где первичная, а где вторичная обмотки. Вот потому в первичной обмотке мы получаем ЭДС самоиндукции.
Таким образом, мы констатируем, что эффективность сердечника зависит от числа электронов в поперечном сечении сердечника и установившейся скорости. А она сама зависит от магнитной индукции и времени
t0. Механизм сложный и противонаправленный. Поэтому мы лучше дадим графический образ решения, представленный на рис. 3.
Рис.3. Относительная магнитная проницаемость сердечника.
Оставляя за магнитной индукцией только масштабирующую функцию, выразим долю ориентированных электронов по установившемуся вектору
( 6).
Аналогично поступим и с ускорением
( 7).
И получаем параметр эффективности сердечника в относительном виде
( 8).
Вы можете видеть эту функцию на рис.3 (нижняя кривая) и наверняка знаете, что нам ее преподносят как зависимость
dB/dH . На самом деле, это справедливо только при фиксированном значении параметра
t0 . Но учебники это игнорируют, хотя на практике данное отличие и определяет частотные свойства магнитопровода.
3. Линия эффективности потока.
Напомним, что индуцирование ЭДС в проводнике обмотки трансформатора возможно только при ускорении вихревого магнитного поля (рис.4). Ведь, в проводнике процесс ускорения свободных электронов тот же. Электроны так же ориентируют свою ось симметрии, чтобы поле сердечника перестало влиять.
Рис.4. Индуцирование ЭДС в витках обмотки.
Но угловая скорость орбитального вращения ЭМ в электроне постоянна
. Это значит, что ускорение электронов проводника возможно исключительно за счет приращения числа ориентированных электронов сердечника. Это, в свою очередь, и определяет нижнюю граничную частоту трансформации, возможной только при нарастании или уменьшении тока первичной обмотки.
И настала пора рассказать еще об одном нюансе: непрерывное изменение вектора магнитной силы в сердечнике в сочетании с вихревым магнитным полем свободных электронов сердечника дают совместное действие, названное нами "закручиванием магнитного потока". Закручивание происходит против часовой стрелки, отчего в сердечнике линия эффективного магнитного потока становится спиральной (рис.5 слева), неизменной при смене направления тока.
Рис.5. Ш-образный сердечник с центральной возбуждающей обмоткой (слева) и О-образный сердечник с противофазным возбуждением.
Но, оказалось, что это дает еще один уникальный эффект: в сердечнике можно возбуждать два противонаправленных магнитных потока, не нарушая работоспособности трансформатора. В этом режиме используется более короткий во времени режим сжатия структуры свободных электронов (вспомните сердечник с разрывом магнитной цепи). Отсюда - независимость (точнее -малая зависимость) параметров трансформатора при свободе полярности возбуждающих обмоток.
Это - один из вариантов трансформатора
Тесла
с сердечником, описание которого вызвало гнев академика Абрикосова [2].
И что дают людям такие академические знания? Чего в них больше- пользы или вреда?
ССЫЛКИ:
1. Руднев А.Д. Шабаш гипотез. http://314159.ru/rudnev/rudnev8.htm
2. Руднев А.Д. Об эффекте Маркова. http://314159.ru/rudnev/rudnev9.htm
ДАЛЬШЕ
