Мой дневник

24.05.2010

Частные случаи закона сохранения энергии – 1

Filed under: альт.энергетика — sae762 @ 15:34

Исторически так сложилось, что большинство изобретателей “вечных двигателей” так или иначе конфликтуют с законом сохранения энергии. Изобретают, значит, нечто, упираются в этот закон, и начинают пытаться его обойти. Есть идея попробовать оттолкнуться от этого фундаментального постулата. Посмотрим что получится.

Итак, рассмотрим простую электромагнитную систему. Для начала примем идеальные:

  • источник питания напряжением U1
  • соленоид индуктивностью L и числом витков N (если это важно)
  • ключ для коммутации, поскольку нам придется говорить об импульсах

Остальные элементы будем вводить по ходу пьесы.

Итак, прикладываем напряжение U1 к соленоиду. Индуктивность – как масса, имеет инерцию, поэтому  ток  начинает линейно возрастать, согласно формуле I=U1/L * t. Сопротивление цепи пока не считаем. Энергия батареи переходит в энергию соленоида, запасаясь в количестве E=L*I*I (то есть I-квадрат), но /2, так как ток у нас растет, а энергия суть его интеграл.

Итак, энергию закачали, теперь отключаем батарею, делаем замыкание. Ток в катушке продолжает течь, и больше стать не может. Если вся система не имеет сопротивления R, то этот ток станет вечным, а соленоид станет постоянным магнитом, станет притягивать разные железяки, то есть совершать работу, пусть и равную нулю по замкнутому контуру . Это уже интересно, но вполне объяснимо: работа по притяжению обратима, энергия катушки по закону сохранения энергии должна сохраняться. Но, что не очевидно – притянув железяку, уменьшает ли соленоид свою энергию? Из практики с постоянными магнитами мы знаем, что притянув массу к одному полюсу, магнит не теряет силы на другом полюсе, да и на том где притянут металл, магнитное поле не уменьшается. Возможно, я не знаю каких-то свойств магнетизма, но пока, получается, постоянный магнит не теряет своей силы.

Примем это к сведению, и введем сопротивление R. Это уже не постоянный магнит, а вполне реальная электрическая цепь. Соленоид, стремясь поддержать свой ток, вынужден будет создать ЭДС самоиндукции U2. Однако, на поддержание тока будет затрачена запасенная энергия E, поэтому ЭДС и, соответственно, ток начнут угасать. Наш уважаемый закон сохранения энергии в этом случае гласит, что энергия катушки должна будет рассеяться на сопротивлении R, и она действительно в экспериментах выделяется в количестве I*I*L/2. Это фундаментальное свойство широко используется в импульсных преобразователях напряжения. КПД реальных систем весьма высок: 90% и выше. Закон работает для нас.

Постойте, а что же случилось с нашим магнитным полем ? Наша железяка, притянутая соленоидом, теперь не может удержаться, и падает под действием внешних сил (например, тяготения), возвращаясь в исходное положене. И самое странное – внешние силы не затрачивают энергию на противодействие магнитному полю, потому что нашего поля нет!

Что же получается? Мы в полном соответствии с законом сохранения закачали энергию в соленоид, и сбросили ее на нагрузку, а магнитное поле совершило работу, которая не учитывается в нашей схеме. И, выходит, мы не затратили на эту работу никакой энергии !

Вот к такому неожиданному повороту событий привели нас рассуждения о правильности закона сохранения энергии. Конечно, все это лишь теория, поэтому пора браться за напильник и проверить теорию на практике.

——– некоторые уточнения от 30.06.2010 ———-

Думаю, количественно притяжение железки к нашему магниту все-таки будет сопровождаться потерей тока: дело в том что притягивается только ферромагнетик, он фактически сам становится магнитом. И поле в общей системе должно _возрасти_. Соответственно, возникнет противо-эдс, которая приведет к снижению тока в катушке. Если оторвать железку, снова возникнет эдс, но она уже приведет к нарастанию тока до предыдущего уровня (мы рассматриваем идеальные условия и сверхпроводник).  Если же сначала выделить энергию тока, а потом оторвать железку, получим снижение можности на нагрузке. Впрочем, если железка будет отрываться в процессе, то снижения не произойдет, так как эдс будет направлена по току.

Либо, зайдя с другой стороны, мы имеем увеличенное магнитное поле, так что энергии оно выдаст больше, в идеале ровно столько сколько было закачано в катушку изначально.

Вывод 1: количество магнитного поля не влияет на количество снимаемой с катушки энергии.

Вывод 2: работу магнитное поле все-таки совершить может, и эта работа для нас, похоже, бесплатна!

——- уточнение от 21.02.2010 ———–

закон хитер: примагнитив железку, наш электромагнит похоже потеряет часть энергии (вопрос какую), и на нагрузку снимется меньше. но это нуждается в проверке, так как весь процесс намагничивания суть притяжение доменов внутри сердечника.

видимо, чем больше доменов сердечника способны притянуться, тем большую энергию может запасти соленоид, а отдает он ее по мере отрыва доменов (под воздействием энтропии). если домен не оторвался с силой, энергия не выделяется (предельная частота ферромагнетика).

так что в данном примере работа магнитного поля при притяжении вычитается из энергии соленоида, и халявы не образуется. увы.

…. но, не все потеряно….

Advertisements

Leave a Comment »

No comments yet.

RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: