Что такое двигатель фарадея

Принцип действия

На электроны, находящиеся в диске, действует Сила Лоренца, являющаяся векторным произведением напряжённости магнитного поля и скорости перемещения электрона вместе с проводником в результате вращения диска. Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем.

В отличие от других электрических машин, такой генератор имеет:

• чрезвычайно низкую ЭДС (от долей до единиц вольт) при низком внутреннем сопротивлении и большом токе;
• равномерность получаемого тока, отсутствие необходимости коммутировать его коллектором ротора, или выпрямлять полученный другими машинами переменный ток внешними коммутирующими или электронным приборами;
• большие собственные потери энергии из-за протекающих по диску обратных токов, его бесполезно нагревающих. Эта проблема частично решается в конструкциях двигателей и генераторов с жидким проводящим токосъёмником по всему периметру диска;

Сочетание этих свойств обусловило очень узкие сферы применения этого типа генераторов.

Принцип действия и применение

Принцип работы диска Фарадея заключается в следующем. Когда он вращается, на электроны вдоль радиуса действует сила Лоренца. Она возникает в результате напряженности магнитного поля плюс скорости перемещения самого электрона и проводника. Между краем и центром диска при этом производится ЭДС.

В чем отличие этого генератора от похожих машин:

• ЭДС и внутреннее сопротивление низкие, а ток большой;
• получаемый ток равномерный, его не нужно коммутировать с коллектором ротора или применять внешние приборы для выпрямления полученного другими аппаратами тока;
• по диску протекают обратные токи, которые его бесполезно нагревают, что приводит к существенным собственным потерям.

Последняя проблема не полностью, но решается, если в конструкции по периметру диска присутствует жидкий проводящий токосъемник. Лучшие результаты показывает устройство, где два диска вращаются навстречу и касаются друг друга.

То, как устроен генератор Фарадея с диском, и сочетание всех свойств обуславливает его использование в специфических условиях: когда малое напряжение, но необходимо получение постоянного тока большой величины. Или нужен мотор, который работает от мощных аккумуляторов с малым напряжением (автомобили, тракторы). Простой, надежный и дешевый прибор нашел применение и в рельсотроне.

Интересный факт: в некоторых звездных системах наблюдаются «копии» опытов ученых. Астрофизики имеют возможность следить за природными магнитными полями и проводящими дисками из плазмы. Уже есть предпосылки для использования энергии космоса человеком.

Закон Фарадея

Явление электромагнитной индукции определяется возникновением электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь этого контура.

Основной закон Фарадея заключается в том, что электродвижущая сила (ЭДС) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Формула закона электромагнитной индукции Фарадея выглядит следующим образом:

Рис. 2. Формула закона электромагнитной индукции

И если сама формула, исходя из вышесказанных объяснений не порождает вопросов, то знак «-» может вызвать сомнения. Оказывается существует правило Ленца – русского ученого, который проводил свои исследования, основываясь на постулатах Фарадея. По Ленцу знак «-» указывает на направление возникающей ЭДС, т.е. индукционный ток направлен так, что магнитный поток, который он создает, через площадь, ограниченную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое вызывает данный ток.

4. Выход по току

Часто на электроде протекает не одна электрохимическая реакция, а несколько самостоятельных параллельных реакций. Например, при выделении Zn из кислого раствора ZnSO₄наряду с разрядом ионов Zn:

протекает реакция восстановления ионов гидроксония: 2Н₃О + +2ē → Н₂ + 2H₂O.

Если на электроде протекает несколькопараллельных электрохимических реакций, то I закон Фарадея будет справедлив для каждой из них.

Для практических целей, для того, чтобы учесть какая доля тока или количества прошедшего через электрохимическую систему электричества расходуется на каждую конкретную реакцию введено понятие выхода вещества по току.

Таким образом, ВТ позволяет определить часть количества прошедшего через электрохимическую систему электричества, которая приходится на долю данной электрохимической реакции.

Знание ВТ необходимо, как при решении теоретических вопросов: например, при построении парциальных поляризационных кривых и выяснении механизма электрохимической реакции, так и в практике электроосаждения металлов, неметаллов, сплавов, с целью оценки эффективности технологической операции. ВТ на практике чаще всего определяют делением практической массы вещества на теоретическую массу, определенную по закону Фарадея.

m_практ – масса вещества, практически превратившегося в результате прохождения определенного количества электричества; m_теор — масса вещества, которая должна превратиться теоретически при прохождении того же количества электричества.

ВТ для процессов, протекающих на катоде, как правило, не совпадают с ВТ анодных процессов, поэтому следует различать катодный и анодный выход по току. До сих пор были рассмотрены случаи определения ВТ когда через границу раздела проводник I рода — проводник II рода протекает постоянный электрический ток.

Изготовление клетки Фарадея своими руками

В быту изготовление самодельной КФ может понадобиться, чтобы «спрятать» гаджеты от действия различных волн, которые могут вызвать нарушения в чувствительной электронной «начинке».

Примером такой конструкции может служить определённым образом отделанный фанерный ящик. Так как фанера при этом выступает изолирующим слоем, она должна быть идеально чистой и сухой. Можно собрать ящик своими руками или взять готовый — главное, чтобы он был собран без использования гвоздей либо другого металлического крепежа. Сборка производится в несколько этапов:

1. Пищевую фольгу делят на отрезки, по размеру фанерных стенок или их заготовок.
2. Поверхности будущего ящика с внешней стороны отделывают фольгой. При этом наружу должна быть обращена её блестящая сторона.
3. Стенки скрепляют изнутри скотчем, а на дно ящика кладут пару ковриков для компьютерной мышки.
4. Тщательно проверяют, что в закрытом положении крышки слой фольги образует сплошную оболочку, без малейших зазоров и разрывов.

Физика [ править ]

Как и все динамо-машины , диск Фарадея преобразует кинетическую энергию в электрическую . Эту машину можно проанализировать, используя собственный закон электромагнитной индукции Фарадея . Этот закон в его современной форме гласит, что постоянная производная магнитного потока через замкнутую цепь индуцирует электродвижущую силу в цепи, которая, в свою очередь, вызывает электрический ток. Интегральная поверхность , которая определяет магнитный поток может быть переписана в виде интеграла линиивокруг цепи. Хотя подынтегральная функция линейного интеграла не зависит от времени, поскольку диск Фарадея, который является частью границы линейного интеграла, движется, полная производная не равна нулю и возвращает правильное значение для расчета электродвижущей силы. [22] [23] В качестве альтернативы, диск может быть уменьшен до токопроводящего кольца по окружности диска с единственной металлической спицей, соединяющей кольцо с осью. [24]

Закон силы Лоренца легче использовать для объяснения поведения машины. Этот закон, сформулированный через тридцать лет после смерти Фарадея, гласит, что сила, действующая на электрон, пропорциональна перекрестному произведению его скорости и вектора магнитного потока . С геометрической точки зрения это означает, что сила находится под прямым углом как к скорости (азимутальной), так и к магнитному потоку (осевому), который, следовательно, находится в радиальном направлении. Радиальное движение электронов в диске вызывает разделение зарядов между центром диска и его ободом, и, если цепь замыкается, возникает электрический ток. [25]

Правило Ленца

Чтобы определить направление индукционного тока, нужно воспользоваться правилом Ленца.

Академически это правило звучит следующим образом: индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток.

Давайте попробуем чуть проще: катушка в данном случае — это недовольная бабуля. Забирают у нее магнитный поток — она недовольна и создает магнитное поле, которое этот магнитный поток хочет обратно отобрать.

Дают ей магнитный поток, забирай, мол, пользуйся, а она такая — «Да зачем сдался мне ваш магнитный поток!» и создает магнитное поле, которое этот магнитный поток выгоняет.