Свежие комментарии

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции сейчас выглядит примитивно. Ну, при перемещении магнита через катушку в ‘этой катушке возникает электрический ток. Ну, физика за 9 класс. Связь магнетизма и электричества, бытовуха какая-то.

Однако, это явление не относится к обычному человеческому опыту, оно — нетривиально, и бытовухой оно стало совсем недавно.
А то, что просто и нетривиально — это самое оно для попаданца…

Итак, само явление: если магнитное поле в проводнике тока изменяется — в проводнике возникает электрический ток. Если магнит просто лежит рядом с проводником и изменения магнитного поля не происходит — тока не будет.
То есть в момент, когда мы всовываем магнит в катушку — электричество течет, а как уже всунули — то нет ничего (извиняюсь за разжевывание, но тут выяснилось, что гуманитарии разницы не знают).

Само открытие было сделано Майклом Фарадеем в 1831-м году. К тому моменту паровозы бегали и пароходы плавали, но все электричество если и получали, то от гальванических элементов, а это просто слезы.
Подозрение, что между электричеством и магнетизмом есть связь, появилось примерно в 1820-м году, когда Ханс Кристиан Эрстед показывал в университете опыты с нагревом проволоки электрическим током (от гальванической батареи). Опыт был донельзя примитивным, но при какой-то из демонстраций возле нагреваемого проводника оказался зачем-то оставленный на столе компас, а рядом с компасом оказался человек, который заметил отклонение стрелки (причем неясно, кто именно — то ли сам Эрстед, то ли его помощник).
То есть гальванический элемент был придуман в 1800-м году и просто двадцать лет рядом с проводником не оказывалось компаса. Или не оказывалось человека, который на компас посмотрел бы. Связь электричества с магнетизмом? Да вам бы рассмеялись в лицо!

Но после Эрстеда выяснилось, что там что-то все же есть.
Более того — начали проводить эксперименты с разными проводниками — медь, алюминий, золото (которые ниразу не имеют магнитных свойств), но при прохождении электрического тока магнитные свойства возникают. Все оказалось много страньше, чем ученые того времени вообще могли представить.


Так как в проводнике возникает магнитное поле, то этот проводник можно отталкивать другим магнитом. Поэтому уже через год Майкл Фарадей представил прототип электродвигателя — провод, по которому проходил электрический ток одним концом окунался в ртуть, а в середине ставился магнит (смотрим картинку слева). При включении тока провод крутился вокруг магнита.
Но Фарадею этого оказалось мало.
Он поставил себе цель добиться явления наоборот — получения электричества от магнетизма, а не магнетизма от электричества.
Добился он этого только в 1831 году. Десять лет опытов. Я понимаю, почему после этого он оказался в мормонах.

Однако, электромагнитная индукция была достигнута, а тот прибор, что построил Фарадей оказался, говоря по-современному, трансформатором. В трансформаторе переменный электрический ток создает в сердечнике переменное магнитное поле, которое и создает во вторичной катушке электрический ток. Но на вход такого трансформатора Фарадею неоткуда было взять переменный ток. Поэтому гальванометр отклонялся только тогда, когда первичную цепь замыкали или размыкали.

Тут существует легенда, что гальванометр и сам прибор (из железного кольца и намотанных на него двух катушек) лежали в разных комнатах, чтобы исключить наводки. Фарадей замыкал цепь и шел в другую комнату смотреть. К этому моменту стрелка гальванометра возвращалась к нулю, а Фарадей возвращался менять условия эксперимента. И в какой-то из дней помощник Фарадея разомкнул цепь в комнате с прибором, когда сам Фарадей находился у гальванометра и увидел рывок стрелки.

Итак, что в этой истории важно для попаданца?
31 год — с момента возникновения гальванических элементов до момента осознания возможности электрического генератора.
При этом электрические генераторы уже не надо было вешать на водяные колеса и тому подобное, паровых машин было в достаточном количестве, а уж стационарных и подавно.

Я уже писал, что вряд ли попаданцу стоит самому строить паровую машину. Ну… разве только взять пару патентов?
Но если он попал куда-то в конце 17 или в самом-самом начале 18 века, то открывать законы электромагнетизма для него обязательно.
И мне почему-то кажется, что и строить первые генераторы для него обязательно тоже — для такого великого ученого всегда найдутся средства!

46 комментариев Электромагнитная индукция

  • Igord

    До внедрения электричества китовый жир был основным источником освещения в частных домах США, так как был дешевле керосина.
    Галогенная лампа из кварца и элетрогенератор. Галогенную лампу сам лично видел в трубке тонкой капилярной, запаивал трубку с нитью электрик ( аргон, иод, люминофоры мои, которые продавал, лантаноиды) сдвинув газовую комфорку.

    • kraz

      А вы уверены, что единственное применение электричества это освещение?

      • Igord

        Лично меня впечатлила относительная ( материалы) простота производства ( конечно не промышленного) галогенной лампочки. Фокус в плотности газов. Две минуты и готово. Вполне все материалы доступны во времена Людовика XIV, ну разве что вольфрам. Хотя его вполне можно получать электрохимией.
        Помимо всего такой лампой можно изводить клопов, блох и тараканов.

        Асинхронные же трехфазки требуют много труда и малодоступных материалов.

        • kraz

          >> Хотя его вполне можно получать электрохимией

          Вот все и уйдет в электрохимию. Багдадскую батарейку применяли для того, чтобы покрывать золотом серебряные статуэтки и продавать как золотые. С таким профитом лампочка точно отойдет на второй план.

          P.S. О трехфазках речи нет

          • Igord

            Сам разговор об индукции приводит к мысли. Вообще то доступно и римлянам, все материалы, руды и металлы для трёхфазника.
            Куда нибудь в Помпеи на виллы сразу три фазы и ноль с землёй. Это-ж сколько стиральных и кофемолочных машин можно будет сберечь от поломок. В комнаты же фазу, ноль и землю на розетки. Плюс щиток с трансформатором на 12 вольт постоянного для бытовых приборов, телефона и радио.

            • kraz

              Зачем в Помпеи трехфазник для кофемолки, если рабы на два порядка дешевле, да еще и поговорить есть с кем?
              В древности — это только постоянный ток.

              • Igord

                Не понял, зачем постоянный?

                • kraz

                  А почти для всего. Причем для таких применений как гальваника постоянный ток вообще без вариантов.
                  Вообще тут уже было обсуждение — переменный ток против постоянного.

                  • dimav

                    а гальванике нужен именно постоянный ток? или пульсирующий и слегка сглаженый простейшим конденсатором тоже подойдет?

                  • Igord

                    Трёхфазный выпрямитель «три полных моста последовательно» (12 диодов)

                    Наиболее распространены трёхфазный выпрямитель по схеме Миткевича В. Ф. (на трёх диодах), предложенный им в 1901 г.[1], и трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. (на шести диодах), предложенный им в 1924 г.[2].[источник не указан 247 дней] В 1923 году в США также подаётся патент US1610837 A на трёхфазные выпрямители.
                    ————-
                    Ток нужен «правильный» для гальваники а не постоянный.

              • Igord

                kraz
                13.02.2017 at 16:59 · Ответить
                Зачем в Помпеи трехфазник для кофемолки, если рабы на два порядка дешевле
                —————
                Некогда, а то бы открыл новую тему, зависимость себестоимости от массовости ( производства).
                1 Выплавка стали по сравнению с химией полимеров, в частности полимерных материалов из переплетённых нитей углеродного волокна. В современности сталь получается дешевле ( в продаже) только из за массовости производства. Разница, кажется, раза два всего, это в современности.
                Не красиво с моей строны без пруф. линка, но подсчитано.

                Тот же труд рабов, раб дешевле, выносливее и производительнее лошади ( тоже подсчитано), но как это в массовом производстве, видимо машина будет производительнее при определенных условиях массовости.

        • Taras

          Асинхронных генераторов не бывает.

    • Anon

      Можно ещё лампу Нёрнста или трубку Мура сделать, но там своего геморроя хватает.

      Для лампы Нёрнста вообще не нужна стеклянная колба, а сам светящийся элемент там из керамики, насколько я помню любая белая глина подойдёт. Проблема в том, что керамический элемент нужно нагреть перед началом работы, чтобы он начал проводить ток, плюс нужен балласт.

      В трубке Мура свои заморочки — стеклянная трубка с двумя электродами на концах, внутри разреженный газ. Мур использовал CO2 или простой воздух под низким давлением. Через всё это шёл ток от двух графитовых электродов на концах. Проблема в том, что нужно много меди на высоковольтный трансформатор, вакуумный насос, графит и клапан, чтобы изредка запускал в трубку новую порцию газа.

      Но геморрой окупается тем, что не нужно вытягивать нить из вольфрама или других тугоплавких металлов.

      • vashu1

        // любая белая глина подойдёт

        A ceramic of zirconium oxide — yttrium oxide was used as the glowing rod.

        Minerals for the production of the glowers were extracted from the company’s own mines at the legendary Barringer Hill

        // высоковольтный трансформатор, вакуумный насос, графит и клапан

        //Его лампа была невероятно сложна в конструкции, но уже тогда инженеры заметили ее большую эффективность по сравнению с разрабатываемой лампой накаливания. Почти 9 лет усовершенствований и испытаний привели к тому, что начиная с 1904 года, система освещения Мура стала устанавливаться в магазинах и офисных помещениях.

      • Hludens

        Спасибо за лампу Нёрнста, крайне интересное изобретение.
        Электрическая лампочка которую можно зажечь спичкой — это даже забавно.
        Интересно так же что эту идею успел использовать Яблочков, изготовив каолиновую лампу. Нернст додумался до более выгодного состава керамики, добавив туда окиси редкоземов что сделало более высоким выход света в видимой части спектра (каолин светит в основном в ИК).

        • Anon

          Смотрите тогда про «Каолиновую Лампу» Яблочкова, каолин — белая глина.
          Может быть она тоже содержала цирконий и иттрий, но никаких упоминаний этого я не нашёл. Глина, естественно, находилась где-то в пределах Империи и вряд ли везлась специально и издалека.
          Плюс, большое количество разных по составу керамик проводит ток при нагревании.
          Все они входят в группу полупроводниковых керамик, их много где можно найти, тот же оксид цинка тоже полупроводник.

          Самая главная проблема — в балласте и в нагреве для запуска.

          http://global.kyocera.com/fcworld/charact/elect/conductive.html
          https://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic#Semiconductors

          Ну а кроме того, а) лампа накаливания тоже только с виду простая, но для её производства используется несколько весьма разных металлов и б) тогда попаданцу рано думать про лампы накаливания и надо делать что-то более простое, доступное и легко толкаемое массам / богатым буратинам, например это:

          https://ru.wikipedia.org/wiki/Аргандова_лампа

          • Anon

            Чёрт, промазал.

          • vashu1

            // Смотрите тогда про «Каолиновую Лампу» Яблочкова, каолин — белая глина.

            Лампа Нёрнста это лампа _накаливания_, лампа Яблочкова это _дуговая_ лампа. В Яблочкове светит дуга, а каолин работает как расходный изолятор(это позволяет избавится от регулятора зазора). Тока он не проводит и проводить не должен.

            https://www.youtube.com/watch?v=XmO-Gcm0gvU — обратите внимание на шум дуги
            https://www.youtube.com/watch?v=Y5C_WbQ9j-Y

            // большое количество разных по составу керамик проводит ток при нагревании

            Возможно. Насколько это все ухудшит, вот вопрос.

            • Grue

              Лампа Нёрнста это лампа _накаливания_, лампа Яблочкова это _дуговая_ лампа. В Яблочкове светит дуга, а каолин работает как расходный изолятор(это позволяет избавится от регулятора зазора). Тока он не проводит и проводить не должен.

              Яблочков экспериментировал не только с дуговыми лампами, но и с лампами накаливания, но не поплыло:

              В феврале 1877 года Яблочков изобрел новую электрическую лампу, светящимся телом в которой служила пластинка из каолина, накаливаемая током. Оригинальность этой лампы, которую он назвал калильной, заключалась в том, что в холодном состоянии каолин являлся абсолютным непроводником электричества. Но стоило, как выяснил Яблочков, подогреть пластинку электрической искрой, пробегавшей по графитному следу, начерченному на ней обыкновенным карандашом, как пластинка под влиянием тока начинала светиться.

              Показывая эту новинку Денейрузу, Яблочков написал на пластинке буквы «Л» и «Д» — инициалы Луи Денейруза. Когда в полной темноте он включил ток, буквы эти стали светиться, и при этом ровном, неярком свете он вдруг увидел на лице Денейруза выражение негодования.

              К изумлению Яблочкова, эта лампа произвела на директора-распорядителя неожиданно сильное впечатление. Денейруз стал возмущенно кричать, что синдикат строжайшим образом запретит Яблочкову использовать и усовершенствовать эту лампу.

              — Ничто не должно мешать триумфальному шествию электрической свечи! Развивать ее производство, распространять ее по всему миру — вот единственная наша задача.

              Яблочков резко ему ответил; Денейруз принялся доказывать свою правоту, а затем, понизив тон,— дружески увещевать Яблочкова. Он пустил в ход всё свое обаяние и заклинал Яблочкова не тратить зря времени…

              Это была их первая ссора. Они помирились на том, что Яблочков запатентует калильную лампу, но не станет ей уделять исключительного внимания. Яблочков неохотно согласился исполнить просьбу Денейруза. Он не считал, что эта лампа — игрушка, к тому же игрушка вредная и опасная для их дела. Немного позднее он испытал лампу в спальных железнодорожных вагонах и в пароходных каютах, где требовались небольшие источники света, и был вполне удовлетворен результатами.

              http://starodum.com/poznavatelnoe/yablochkov-pavel-nikolaevich/uspeh/

              • Igord

                Алюмосиликаты и сейчас применяются для сварочных электродов, так же поджигаются.

              • vashu1

                Спасибо, интересно.

                // В случае сильного тока каолин плавится и испаряется, образуя пламя
                // Резюмируя, я предлагаю электрическую свечу, образуемую из двух металлических стержней, между которыми помещается пластинка из огнеупорного вещества, например из магнезии, циркона, мела, подогреваемая до накала индукционной искрой

                Что характерно каолин он в последнем предложении не упоминает — видно результат был не очень. Узнать бы насколько магнезия/мел были хуже циркона…

    • Name

      Блин, я редко сюда хожу. Но на этот раз обрадовался: появился разумный собеседник. Явно попаданец с опытом. Салют! (или надо сказать Ave?)

  • SaxaHorse

    Явление электромагнитной индукции и сейчас почти никто не понимает.

    • Taras

      А я тогда из меньшинства. Ол комплит, так и запишем. Электромагнитную индукцию ещё в прошлом веке понимал любой толковый школьник. В конце как минимум.

      • Name

        молодец. Ты не меньшинство. Понимают все: «правило буравчика» проходили в школе. Никакой загадки — владельцы сайта притворяются: делают проблему, где ее нет.

        Согласен, что Фарадею и Максвеллу это могло казаться загадочным. Человеку 21 века так не кажется. Даже малолетним детишкам. Нефиг нас пугать бармолеем!
        Снова на этом сайте Краз завел разговор ни о чем. Сорри, если что. Становится неинтересно.

        • Name

          Заказываю еще одну статью про кавитацию. Если что, могу даже заплатить.
          Ужость творится: какие были статьи про историю фотографии, про добычу дёгтя из березы, про ламповую электронику… Палчики оближешь!
          А теперь на этом сайте попаданцев нет. Есть только нравоучители. Краз, судя по всему, стал бюрократом. Жаль, лучше бы вернулся назад, к юношески-технарской молодости. Блин. Серьезно жалко. До свидания.

  • DlMFlRE

    1831-й, в статье случайно век добавили.

  • vashu1

    // если магнитное поле в проводнике тока изменяется — в проводнике возникает электрический ток. Если магнит просто лежит рядом с проводником и изменения магнитного поля не происходит — тока не будет.

    Все намного интереснее, смотрим «парадокс Фарадея»

    // Эрстед показывал в университете опыты с нагревом проволоки электрическим током (от гальванической батареи). Опыт был донельзя примитивным, но при какой-то из демонстраций возле нагреваемого проводника оказался зачем-то оставленный на столе компас, а рядом с компасом оказался человек, который заметил отклонение стрелки (причем неясно, кто именно — то ли сам Эрстед, то ли его помощник).

    По записям в журналах Эрстеда видно что эффект он искал намеренно и нашел не на лекции, а на лекции он заранее объявил о результате.

    • kraz

      Униполярный генератор это отдельная тема. Из его применений я вижу только одно — сбагрить врагам, чтобы они мучились. 😀

      А с Эрстедом — все пишут, что он заметил отклонение стрелки именно на лекции. Конечно, это не отменяет то, что он до этого искал эффект годами.

      • vashu1

        // А с Эрстедом — все пишут, что он заметил отклонение стрелки именно на лекции. Конечно, это не отменяет то, что он до этого искал эффект годами.

        Красивая история копипастится горе популизаторами из книги в книгу.

        сам он в своих поздних работах отрицал случайный характер открытия: «Все присутствующие в аудитории — свидетели того, что я заранее объявил о результате эксперимента. Открытие, таким образом, не было случайностью…» В. П. Карцев. Приключения великих уравнений. М.: Знание, 1986.

      • Квантовый Механик

        Его можно для электролизеров использовать.

    • Taras

      >Все намного интереснее, смотрим «парадокс Фарадея»

      Рассмотрим заряженную частицу в материале диска. Так как он участвует в круговом движении в магнитном поле, то на него действует сила Лоренца, направленная радиально. При этом электронный радиальный ток возникает, а встречно направленный ядерный ток — нет в связи с нулевой подвижностью его носителей. Где парадокс? Он лишь казался до открытия строения материала диска. Если же нет радиального тока, то есть круговое движение электронов уже относительно кристаллической решётки диска, то есть вихревой аксиальный ток, протекание которого тормозится сопротивлением материала, так что через долю секунды всё равно получим круговое движение электронов в магнитном поле. Вот если бы униполярный генератор на расположенном строго на оси диска идеальном магните работал при вращении хоть диска, хоть магнита, тогда парадокс имел бы место. На самом же деле парадоксален рельсотрон. А ещё двигатель из батарейки, магнита и двух кусков проволоки, в котором все части неподвижны относительно друг друга, а вращается только весь вдигатель целиком. Бросьте кусок медной проволоки в ванну со ртутью, подведите один донный электрод и один электрод опустите в ртуть сверху, пустите ток и медь утонет. Это ещё один парадокс. А униполярный генератор лишь кажется парадоксальным.

      • Taras

        Более того, через силу Лоренца может быть объяснено любое проявление униполярной «индукции». И ни какая путаница с наблюдателем здесь не нужна, так как вращающаяся система не является инерциальной. Электрон в униполярном генераторе движется по кругу или относительно диска и его кристаллической решётки, преодолевая электрическое сопротивление, или относительно магнита, что ведёт к возникновению дрейфовой ЭДС, или участвует одновременно в обоих этих движениях.

  • mechANIC

    Одному мне резанул 1931 год дважды в тексте?

  • quwy

    Ау! В 1931 уже успешные эксперименты по электронному телевидению проводили, а у вас дважды (!) в тексте написано, что в этом году только индукцию открыли.

  • cancin

    Еще интересный момент проявления явление электромагнитной индукции, который можно заметить очень рано — но его не замечали(хотя это чисто лабораторный эффект представляющий только теоретический интерес).
    Со времен Галилея и Ньютона — обожали опыты с маятниками. Что маятник из магнитного материала — будет колебаться с другой частотой если к гравитационному полю «добавить» магнитное(например разместив под маятником магнит)- поняли сразу. Но вот то, что в магнитном поле, гирька из НЕ магнитного, но проводящего материала (монетка например) — тоже будет колебаться по другому (ее колебания будут затухать быстрее из-за наведенных токов) — по сравнению с гирькой из диэлектрика, вот это не замечали очень долго, насколько я знаю.

    • Anon

      Есть такой демонстрационный опыт — берётся труба из немагнитного металла типа меди и в неё бросается редкоземельный магнит. Если смотреть сверху, то видно, что магнит падает гораздо медленне чем должен из-за наведённых токов.

      • cancin

        >редкоземельный магнит
        Да, но ключевое в этом опыте — это сильный магнит. До появления именно редкоземельных магнитов — сильное поле, если и можно было получить от постоянного магнита, то только в относительно небольшом объеме, от магнита «подковообразной» и т.п. форм (в такой объем, с сильным полем, как раз и можно поместить участок траектории маятника). Так что повторить этот опыт в таком виде, как его демонстрируют сейчас, когда наглядно видно замедление скорости падения в «трубе» — будет затруднительно. Единственный доступный вариант — это разместить «медную трубу» на подвесе — вот так: http://znanie.podelise.ru/tw_files/54/d-53402/7z-docs/22_html_4def820b.jpg

  • Taras

    А зачем спичкой? Намотайте рядом металлическую спираль, как в плитке, она и будет стартером. Можно даже ещё смешней: спираль намотать внутри керамического проводника. В отличие от лампы Эдисона при этом не будет возни ни газами, ни с вакуумом, значит лампа уже проще. А если ещё подобрать керамику с температурой зажигания, достижимой для спирали кухонной плитки, то и вольфрам не нужен, да и защита от окисления воздухом совсем не нужна. Но при внутреннем расположении спирали она хоть какая то но будет. И плевать, знали ли местные о таких спиральках, реализовать они его смогут, так что это извращение вполне попаданческое. И релейную логическую схему a AND NOT b прикрутить, где a — выключатель, а b — протекание тока через керамику. От него стартер и запитать, а саму керамику от выключателя.

    • Hludens

      Идея конечно гениальная, но вы не забыли что эта самая керамика становится проводником при нагреве? т.е. ваша спиралька будет замкнута на этот проводник, так что будете вы ее отключать или нет, неважно. Так что для вашей схемы нужно придумывать еще и высокотемпературный изолятор…

      • Taras

        >Идея конечно гениальная, но вы не забыли что эта самая керамика становится проводником при нагреве? т.е. ваша спиралька будет замкнута на этот проводник, так что будете вы ее отключать или нет, неважно. Так что для вашей схемы нужно придумывать еще и высокотемпературный изолятор…

        Нет не забыл. А Вы умудрились не прочитать слово «извращение». Кроме того, изолятор можно сделать из тонкого слоя той же керамики, но с большей температурой перехода в проводящее состояние. От состава она точно зависит.

Leave a Reply

You can use these HTML tags

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>