Механическая модель сердечника по АТО ОКБорис.

24.12.2013 11:28

Механизм работы дросселя, индуктивности многим кажется понятным. Можно по крайней мере воспользоваться гидравлической моделью- водоохлаждаемой обмоткой из медной трубки, которые применяются при работе на высоких частотах и больших мощностях. Если бак с водой соединить такой обмоткой ниже уровня воды с пустым баком, то как в колебательном контуре возникнет знакопеременный по направлению скорости ток воды. Частота колебаний определится инертностью воды в трубке и начальным уровнем воды. До выравнивания уровней в баках скорость воды увеличивается, идёт потребление энергии из "сети" на "реактивном" сопротивлении ускорению. Затем за счёт инерции уровень воды повышается, ток воды замедляется, энергия возвращается в "сеть", повышая уровень в приёмном баке. Аналогия вполне понятно объясняет механизм индуктивной катушки без сердечника. Но стоит сделать отвод от части витков, реализовав тем самым автотрансформатор, как понимание исчезает и появляются "парадоксы" трансформатора. Если для математиков не парадокс обратное направление тока во вторичной обмотке (потому что перед формулой стоит минус), то каким образом передаётся максимум энергии во вторичную сеть в момент нулевого значения B и вообще отсутствия поля в районе обмотки- многих ставит в тупик. Даже староверов в эфир. Нет приемлемой модели механизма работы индуктивности и в частности трансорматора переменного тока. Максвелл мысленно крутил шестерёночные механизмы, Ампер предложил модель сердечника с вихревыми мини токами и за их счёт образования кругового тока по поверхности цилиндрического сердечника. В этой модели нет места токам Фуко, где они раположены при изменении намагниченности. Вскользь эти модели в учебниках упоминаются, но всерьёз они не могут избавить трансформатор от парадоксов. В первую очередь потому, что не дают ответа, или дают неправильный ответ на вопрос- где хранится запасённая в сердечнике энергия? И во вторую очередь не дают представления, каким образом возникает ЭДС при полном отсутствии какого либо силового поля в районе витков вторичной обмотки. Причём сердечник может быть и воздушный, и физически- эфирно- вакуумный с их магнитной проницаемостью. Сейчас взамен модели намагниченности Ампера применяется модель с привлечением доменов и их произвольной, хаотичной ориентации при отсутствии внешнего поля и одновременной переориентации при возникновении такого поля. Хаотичность и сыграла злую шутку с претендентами на создание модели трансформатора. В этом можно убедиться на практическом опыте. Несколько десятков небольших магнитов на пенопластовых кружках хаотично разместим в таз и нальём воды. Минимальная энергия у замкнутой системы будет при последовательном соединении разноимёнными полюсами в цепочку. Две такие прямые цепочки развернутся и слипнутся параллельно- встречно. И так далее, образуя черезстрочный растр с противоположными направлениями поля в соседних строчках. Вне растра поле будет минимальным, и энергия системы минимальная. Такой достаточно длинный сердечник можно свернуть в кольцо. Энергия будет ещё меньше. Фигура- сечение плоскостью тороидального сердечника. Для объёма можно совместить несколько таких колец по высоте, где любая такая круговая цепочка одного направления поля будет окружена другими цепочками с противоположным направлением поля. Это и есть модель торообразного сердечника. Для изменения ориентации любого домена- магнита необходимо совершить работу, которая аккумулируется в виде потенциальной энергии и будет возвращена из изолированной системы при прекращении силы действия. В реальном сердечнике такой идеальной картины скорее всего нет- сталь зернистая с разными размерами зёрен по длине, ширине, высоте и неидеальной форме. Но стремление к идеалу безусловно есть. Даже если нет доменов, что возможно имеет место например при использовании в качестве сердечника ферромагнитного кислорода в разных состояниях или даже в составе воздуха. Кандидат в аккумуляторы потенциальной энергии появился- осталось разобраться с механизмом передачи этой энергии из первичной во вторичную обмотку. С передачей от первичной в банк энергии достаточно просто. При подаче постоянного напряжения в сверхпроводящем витке линейно растёт ток и магнитное поле H в сердечнике. При этом круговые цепочки с совпадающим полем не реагируют, а в противоположно направленных цепочках начинают синхронно поворачиваться поля доменов, запасая реактивную потенциальную энергию. На это и расходуется энергия источника, что является причиной появления на реактивном сопротивлении силы противодействия- противо ЭДС. Если сердечник с зазором- возникают магнитные полюса и при развороте доменов почти на пол-оборота наступает насыщение сердечника. В этот момент или любой другой ранее выключаем напряжение. Или переключаем на другое направление тока. Начинается обратный разворот осей доменов цепочки с ослаблением поля. Противо ЭДС превращается в ЭДС аккумулятора потенциальной энергии поля B и стремится сохранить ток, отдавая мощность на искру в выключателе или закачивая энергию в сеть при переключении полярности источника напряжения. При нулевом токе сердечник вернётся в исходное состояние, а при изменении направления тока начнёт накапливать вторая цепочка доменов. Вернее половина общего числа цепочек, которых в реальном сердечнике множество. Второй полупериод проходит аналогично, но запасает энергию другая половина доменов. Это конечно ещё не весь механизм. Каким образом поворот полей доменов вызывает ЭДС по окружности вдоль витка обмотки. Ведь пока движение полей доменов по типу спиц зонтика и не должно создавать поле вращающее электроны вдоль витка обмотки. Здесь привлечём ларморову прецессию орбит электронов. Внешнее поле создаёт момент, поворачивающий "спицы" полей доменов или молекул (в случае с кислородом), а прецессия создаёт вращение этих спиц , описывающих в пространстве два конуса на одной оси с совмещёнными вершинами и пересекающимися образующими конической поверхности. Так как поворачиваются спицы полей доменов, имеющих противоположное направление к внешнему полю, созданному в витках первичной обмотки, то и орбитальное вращение электронов в доменах имеет противоположное току в витках направление. Прецессия по направлению совпадает с направлением вращения электронов по орбите. Таким образом в сердечнике существует наряду с неподвижными полями неактивной половины цепочек циркуляция полей активных цепочек. На орбитальные электроны циркуляция никак не влияет в силу малости диаметра их орбит. Даже в шихтованном из изолированных листов стали толщиной около полмиллиметра сердечнике потери от вызванных вращающимся полем токов минимальны. Поэтому они не сильно размагничивают сердечник и уменьшают индуктивное сопротивление незначительно. Каким образом влияет на вращающееся поле не замкнутый на нагрузку виток вторичной обмотки? Практически никак, предварительно сместив электроны своим полем в сторону минуса в противоположном вращению тока в первичной обмотке направления. При подключении высокоомного вольтметра напряжение на концах обмотки будет в противофазе с направлением ЭДС источника напряжения на первичной обмотке. Естественно при небольшой длительности подключения к источнику постоянного напряжения. Электронный газ подвергается сжатию по типу атмосферного столба, свёрнутого в кольцо с перегородкой. Работу ЭДС вторичной обмотки не совершает, поэтому и в первичной обмотке никаких перемен от размещения на сердечнике незамкнутой вторичной обмотки нет. Как и сила тяжести в атмосферном столбе тоже работу не совершает. Это же вращающееся по причине прецессии поле контактирует и с первичной обмоткой. Здесь оно вращается против тока электронов, но по отношению к ЭДС источника напряжения является противо- ЭДС, следствием причины. Реактивное сопротивление оказывает, но работа внешнего источника идёт на накопление реактивной энергии в сердечнике. Сопротивление активное не рассматриваем. Там проблем нет. И пожалуй последнее. Почему диаметр витка вторичной обмотки и соответственно его длина не влияют на его ЭДС. Действительно, скорость спиц поля при удалении от сердечника возрастает, должно бы казалось и облако свободных электронов сильнее подвергаться сжатию. Этого не происходит, так как по правилу рычага сила с увеличением радиуса уменьшается. При увеличении нагрузки на вторичную обмотку ток в ней создаёт сопротивление полю прецессии, оси орбитальных электронов уменьшают угол к оси сердечника, сердечник размагничивается, снижается индуктивность и в первичной обмотке растёт ток, компенсируя расходующуюся работу во вторичной цепи. Этот же механизм объясняет и генерацию электроэнергии в катушке со стержнем или без (с присутствием атмосферного кислорода) при сближении и удалении магнита. Что происходит в физическом вакууме- другой вопрос. Разница при генерации только в источнике энергии – движущая сила - механической природы.