О ПРИРОДЕ ЭФФЕКТА ГУБЕРА - Кременчуцький національний

ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ І АПАРАТИ
УДК 621.3.013
О ПРИРОДЕ ЭФФЕКТА ГУБЕРА
Сильвестров А.Н., д.т.н.,проф., Зименков Д.К., ст. преп.
Национальний технический университет Украины (НТУУ “КПИ“)
пр. Победы, 37, 03056, Киев-56,Украина
E-mail: [email protected]
В работе дано физическое обоснование природы эффекта Губера.
Ключевые слова: эффект Губера, электромагнитная индукция.
Введение. На одном из пленумов методсовета
по электротехнике профессором Нетушилом А.В.
был продемонстрирован двигатель КосыреваМильроя, состоящий из вала, маховика и двух подшипников. Если через подшипники пропустить ток
и дать начальное вращение маховику, то далее он
наберет обороты и вращается самостоятельно.
Анализ предварительных исследований.
Профессор Нетушил А.В. и ряд других [1 - 8] учёных за 50 лет с момента первой публикации [1] дали
ряд объяснений эффекту Губера в двигателе Сёрла.
Существующая противоречивость в их объяснениях
требует дальнейшего анализа этого явления. Критический анализ предыдущих исследований приведен
в работе [9] .
Цель работы. Уточнить концепцию Кузьмина
В.В., Шпатенко В.С.
Материал и результаты исследования.
Уточнение 1. Двигатель Сёрла [4] представляет колёсную пару, катящуюся по рельсам. К рельсам
присоединен источник электроэнергии. Образуется
электрическая цепь «источник-колеса-вал». При
наличии движении колесной пары по рельсам возникает механический момент. Двигатель Косырева
В.В. – это вал с двумя подшипниками, к внешним
обоймам которых подключен источник электроэнергии. Авторы статьи [9] считают, что в двигателе имеет место эффект Губера: эффект взаимодействия токов в неподвижном токопроводе (рельсы) и в
токопроводе, который совершает вращение (диске)
(рис. 1)
Ω
r
M
V
v1 ( x) = β ⋅ ε ( x) ,
(1)
скорость вращения тела диска
v2 ( x) = ω ⋅ x ,
(2)
где β − коэффициент свободного пробега электрона в металле, ε (x ) - напряженность электрического
поля в теле колеса, как функция расстояния x ,
x ∈ o, r . Учитывая, что v2 ( x ) при x, близком к r,
[ ]
намного больше v1 ( x) , траектория тока I будет
иметь вид спирали с неравномерным шагом.
I
V
Рисунок 2 - Траектория средней линии тока при
v2 ( x ) >> v1 ( x)
Плотность тока в движущейся среде [10] состоит
из двух составляющих:
j ( x) = ρ ⋅ u ( x ) + j np ( x ) ,
(3)
где ρ − объёмная плотность зарядов; u (x) - скорость элемента среды на расстоянии x относительно
наблю2
дателя;
jnp ( x ) = γ ⋅ ε ( x ) = ρ ⋅ v ( x ),
(4)
ρ ⋅ u (x ) - плотность конвекционного (переносного
тока); jnp (x) - плотность тока проводимости;
I
1
I
2
v ( x ) - скорость движения зарядов относительно
2
I
2
Рисунок 1- Траектория средней линии тока
Предположение об искривлении траектории [3]
совершенно верно. Однако для реальных скоростей
v1 , направленного к центру, движения электронов в
теле диска:
тела диска и шарика.
Тогда учитывая, что при х, близком к r,
U(x)>>v 1 (x), получим траекторию средней линии
тока І в виде спирали (рис. 2). Причем число витков
спирали может быть намного большим, чем изображено на рис. 2. Следовательно, имеет место действие закона Ампера, закона взаимодействия токов I/2
и I как слева, так и справа от контакта колеса с
рельсом. Ток I/2 справа от контакта, взаимодействуя
Вісник КДУ імені Михайла Остроградського. Випуск 4/2010 (63). Частина 2
95
ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ І АПАРАТИ
с током I согласно закону Ампера создает отталкивающую силу, слева – притягивающую. При удалении от точки касания эти силы убывают, но возрастает их плечо. В результате имеем механический
момент, вращающий диск в сторону уже имеющегося вращения. Для определения момента необходимо
записать уравнение спирали тока I, закон Ампера в
дифференциальной форме, умножить на плечо, и,
проинтегрировав его по траекториям правой и левой
части круга, получить выражение для момента.
Приближенный упрощенный расчет момента
может быть подобен расчету в работе [9], где вместо
тока I следует взять I, умноженный на число витков
спирали вблизи x=r и умножить на 2, т.к. имеет
место взаимодействия токов I/2 и I с двух сторон от
точки касания.
Уточнение 2. Наличие вращения тела токопроводящего диска относительно неподвижного рельса
со встречно идущими токами I/2 (рис. 2) создает
условия для явления электромагнитной индукции.
Рассмотрим, как это повлияет на момент двигателя. Согласно рис. 2 точка качания а диска рельсы
со встречно текущими и входящими в диск токами
I/2 перемещается вдоль рельс и по периметру диска
со скоростью v = ω ⋅ r . Перейдем от неподвижного
наблюдателя к системе координат, неподвижной
относительно тела диска. В этой системе имеет место движение точки а по периметру диска с угловой
скоростью ω , и линейной – v. В окрестности точки
а, токи I/2 создают магнитные потоки, направленные перпендикулярно к плоскости диска, с убывающей, по мере удаления l от точки а, магнитной
индукцией B(l,t) (рис. 3).
l = Ω rt
t = l
Ωr
Рисунок 3 - Зависимость В от l и t
Согласно закону электромагнитной индукции,
бегущая волна B(l,t) в окрестности S точки а наводит ЭДС индукции (рис. 3):
e(t ) = − S
dB
.
dt
(5)
Горизонтальная ось графика на рис. 3 может быть
проградуирована как по времени t, так и по расстоянию l от точки a. В один и тот же момент времени
t=0 в точке а согласно (5) наводится ЭДС e0 ( 0) , в
точках l1 и l2
соответственно (5)
el1 и el2 ,
V
i
i
I
Рисунок 4 - Топография токов, потоков и ЭДС в
окрестности контакта а
Индукционные токи і1 и і2, взаимодействуя с токами І/2 рельса слева и справа от точки а, создают
небольшие силы отталкивания колеса от рельса и
нагревают тело колеса. Их ощутимое действие лишь
тепловое. Тогда как ЭДС eа, согласно явлению электромагнитной индукции, всегда направлена так,
чтобы уменьшить причину, ее вызвавшую, то есть
против тока І в точке контакта. Этим объясняется
уменьшение тока І при увеличении Ω (увеличение
dB
в (5)).
dt
В случае переменного тока качественная картина
процессов существенно не изменится, так как с изменением знака токов І/2 соответственно изменяются знаки всех, зависимых от токов І/2, переменных: I, i1, i2, e1, e2, ea, Ф1, Ф2. Увеличатся лишь потери на нагрев.
Выводы. Таким образом, предложенные уточнения 1 и 2 позволяют обьяснить еффект возникновения магнитного потока, совпадающего с током в
подшипниках.
ЛИТЕРАТУРА
1. Косырев В.В., Рабко В.Д., Вельман Н.И. Электрический двигатель. А.с. №155216 (СССР). Опубл.
в бюлл. – «Изобретения. Пром. образцы. Товарные
знаки» , 1963, №12.
2. Milroy R.A. Discussion.-“J. Of Applied Mechanics”, 525, June 1967
3. Поливаров К.М., Нетушил А.В., Татаринова
Н.В. Электромеханический эффект Гувера // Электричество, 1973, №8. – С. 72-76.
4. Нетушил А.В. Изобретение Дж. Серла как развитие эффекта Гувера // Электричество, 1991, №4.
5. Грамм М.И. Принцип минимума и возможное
объяснение эффекта Гувера // Электричество, 2002,
№12. -С. 57-60.
6. Пенфильд П., Спенс Р., Дюинкер С. Энергетическая теория электрических цепей. – М.: Энергия,
1974. – 152 с.
7. Кузьмин В.В. О сокращении числа фундаментальных законов в механике макромира // Сб. докл.
VI м/нар кф. “ Проблемы естествознания “, С.-Пб,
2000.
8. Кузьмин В.В., Шпатенко Т.В., Шпатенко В.С.
Про ефективність методів розрахунку внутрішніх
терpиториально сдвинутые по периметру диска на
± l (рис. 4).
Вісник КДУ імені Михайла Остроградського. Випуск 4/2010 (63). Частина 2
96
ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ І АПАРАТИ
силових взаємодій в елементах магнітопроводів //
Електроінформ, 2007, №2.
9. Кузьмин В.В. Шпатенко В.С. О природе появления вращающего момента в двигателе КосыреваМильроя // Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського, 2008, №3.
10. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М:
Наука, 1976, 616 с.
Статья поступила 12.03.10 г.
Рекомендована к печати к.т.н., доц.
Прусом В.В.
ПРО ПРИРОДУ ЭФЕКТУ ГУБЕРА
Сільвестров А. М., д.т.н.,проф., Зіменков Д. К. ,ст. викл.
Національній технічний університет України (НТУУ “КПІ“)
пр. Перемоги, 37, 03056, Київ-56,Україна
E-mail: [email protected]
В роботі подано фізичне обґрунтування природи ефекту Губера.
Ключеві слова: Эфект Губера, електромагнітна індукція.
ABOUT THE NATURE OF EFFECT OF GUBERAО
Sіlvеstrоv A. M., Doc. of Sci. (Tech.), Prof., Zіmеnkоv D. K., Sen. Lect.
National technical university of Ukraine
Pobedy Av., 37, 03056, Кіеv- 56, Ukraine
E-mail: [email protected]
Physically consistent approach to explain the nature of the torque in Huber еffect.
Key words:Huber еffect, electromagnetic induction.
Вісник КДУ імені Михайла Остроградського. Випуск 4/2010 (63). Частина 2
97