Результат интеллектуальной деятельности: Способ обнаружения магнитного трения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при исследовании физической природы так называемого магнитного трения [1] и его связи с магнитной восприимчивостью ферромагнетика, помещенного в изменяющееся внешнее магнитное поле. Известное устройство для исследования магнитного трения [2, 3] содержит намагниченные вращающийся ротор и неподвижный статор, выполненные из исследуемого ферромагнитного вещества, катушку подмагничивания, высокочастотный трансформатор, регулируемый источник постоянного тока, электромагнитный датчик угловой скорости вращения ротора с противовесом, измеритель частоты, блок управления и обработки информации, широкополосный малошумящий усилитель и спектроанализатор, синхронный двигатель, регулируемый по частоте источник переменного тока, прибор измерения потребляемой синхронным двигателем мощности. Вращающийся ротор выполнен в виде симметричной конструкции с двумя одинаковыми цилиндрическими полюсами, зазор которых относительно цилиндрического статора не менее чем на два порядка меньше радиуса цилиндрических полюсов ротора.

Наблюдения в 1919 г. Г. Баркгаузена [4] показали, что при плавном изменении напряженности магнитного поля намагниченность ферромагнетика изменяется скачкообразно из-за действия различной природы трения доменов. Эффект Баркгаузена - это одно из непосредственных доказательств доменной структуры ферромагнетиков, он позволяет определить объем отдельного домена. Для большинства ферромагнетиков этот объем равен 10 ~⁶…10^-9 см³, что указывает на то, что один домен состоит из огромного числа атомов и молекул с одинаково ориентированными магнитными моментами, то есть домен имеет массу, во много порядков раз большую массы отдельной молекулы или атома вещества. Такие домены можно представить в виде прямых микромагнитов, они расположены в теле ферромагнетика хаотически, а при наличии внешнего магнитного поля упорядочивают свое положение по внешнему полю. Часть магнитных силовых линий замыкается внутри ферромагнетика, а другая часть образует внешнее поле совместно с полями других доменов. Количественно соотношение этих частей определяется приложенным к ферромагнетику внешним магнитным полем, его напряженностью, а также магнитной восприимчивостью ферромагнетика [4, 6].

Природа возникновения магнитного трения объясняется бесконтактным силовым взаимодействием магнитных объектов, например двух прямых магнитов, расположенных относительно одной оси симметрии, один из которых вращается вдоль этой оси. При этом, если оба прямых магнита ориентированы друг к другу разноименными магнитными полюсами, то они стремятся притягиваться друг к другу, и вращение одного из них приведет к передаче вращательного момента другому магниту, и последний придет во вращательное движение. На этом принципе работают, например, счетчики расхода воды и газа.

Однако в случае, если такие прямые магниты ориентированы друг к другу одноименными магнитными полюсами, что вызывает отталкивание их друг от друга, то не ясно, будет ли вращение одного из них относительно неподвижного другого вызывать в последнем вращательный момент. Ответ на этот вопрос может дать заявляемое устройство по заявляемому способу, не имеющее аналогов в технической литературе.

Целью изобретения является проверка возникновения магнитного трения между соосно расположенными постоянными магнитами, ориентированными друг к другу одноименными магнитными полюсами, что способно передавать вращательный момент от одного вращающегося магнита относительно другого неподвижного.

Указанная цель реализуется в заявляемом способе обнаружения магнитного трения, основанном на силовом взаимодействии магнитных полей двух соосно размещенных постоянных магнитов, один из которых приводят во вращательное движение относительно этой оси, отличающийся тем, что вращающийся магнит выполняют в форме тороида, закрепленного с корпусом вращающегося с помощью двигателя диэлектрического прозрачного сосуда с магнитными полюсами на его плоских гранях, а другой прямой магнит бесконтактно помещают внутрь тороидального магнита так, что магнитные полюсы обоих магнитов оказываются одноименными с каждой стороны тороидального магнита, диэлектрический сосуд вакуумируют и наблюдают начинающееся вращение ранее неподвижного прямого постоянного магнита в направлении вращения тороидального магнита.

Достижение цели изобретения объясняется потокосцеплением магнитных полей прямого и тороидального магнитов, в результате которого вращающееся магнитное поле тороидального магнита за счет магнитного трения увлекает за собой магнитное поле прямого магнита, находящегося в устойчивом состоянии относительно тороидального магнита, а наличие вакуума в диэлектрическом сосуде исключает передачу вращательного момента через воздушную среду, увлекаемую вращающимся тороидальным магнитом.

Заявляемый способ поясняется реализующим его устройством, представленным на рисунке и состоящем из следующих элементов и узлов:

1 - диэлектрического вакуумированного сосуда, например, стеклянного,

2 - тороидального магнита, закрепленного внутри тела сосуда 1 перемычками,

3 - двигателя, вращающего сосуд 1 вдоль оси симметрии тороидального магнита 2,

4 - прямого постоянного магнита, соосно устанавливающегося в бесконтактном и устойчивом состоянии равновесия относительно тороидального магнита 2,

5 - источника питания электродвигателя 3.

Рассмотрим работу устройства для обнаружения магнитного трения.

Прежде всего, следует отметить, что указанное на рисунке взаимное расположение тороидального 2 и прямого 4 магнитов является устойчивым. Всякое вынужденное отклонение прямого магнита 4 относительно тороидального 2, и наоборот, приводит к восстановлению указанного равновесного состояния, но с учетом действия гравитационной силы, приложенной к бесконтактно размещенному прямому магниту 4. В частности, при вертикальном расположении рассматриваемого устройства, как показано на рисунке, прямой магнит 4 будет слегка смещен вниз за счет приложения гравитационной силы (веса этого магнита) по сравнению с тем его положением, которое магнит принял бы в состоянии невесомости (например, на борту космического аппарата).

Для полного исключения передачи вращательного момента от вращения вместе с сосудом 1 тороидального магнита через воздушную среду, из сосуда во время проведения эксперимента выкачивают воздух, создают в сосуде вакуум. Поэтому в случае обнаружения вращения прямого магнита 4 в направлении вращения тороидального магнита 2 можно утверждать о передаче вращательного момента за счет силового взаимодействия магнитных полей, создаваемых каждым из магнитов 2 и 4, то есть о наличии магнитного трения, точнее - момента трения. Коэффициент магнитного трения при этом должен зависеть от геометрии магнитов 2 и 4 и их индукции В. Возможно, коэффициент магнитного трения при прочих равных условиях должен быть пропорционален произведению индукций этих магнитов. Вычисление этого коэффициента в виде соответствующей математической формулы выходит за пределы данной заявки и может быть осуществлено опытными проверками при использовании различных магнитов 2 и 4 по их геометрии и величинам индукции.

При наличии магнитного трения возможна передача вращательного момента от одного прямого вращающегося магнита другому прямому магниту, параллельно установленному относительно вращающегося магнита и при отсутствии вакуума, то есть в воздушной среде. Это позволяет осуществить бесконтактное вращение, аналогичное вращению двух шестеренок.

Изобретение позволяет развить теорию взаимодействия магнитных полей, создаваемых несколькими источниками магнитных полей, в частности, обосновать «парадокс Фарадея», полагая, что противодействующие силы силам Лоренца опираются не на магнитные полюсы магнита, жестко связанного с вращающимся проводящим диском с радиальными токами в нем, а на само магнитное поле, как на материальный объект. Это позволяет считать такую систему замкнутой, вращение которой происходит под действием внутреннего момента импульса.

Литература

1. Кувыкин В.И., Влияние магнитного трения на динамику твердого тела в неконтактном подвесе, Автореферат диссертации по механике 01.02.2006, ВАК РФ;

2. Меньших О.Ф., Устройство для исследования магнитного трения, Albest/ru, Физика и энергетика, научная работа, опубл. 26.12.2013;

3. Меньших О.Ф., Устройство для исследования магнитного трения, Патент РФ №2539290, опубл. в бюл. №2 от 20.01.2015;

4. Рудяк В.М., Эффект Баркгаузена, УФН, 1970, т. 101, с. 429;

5. Меньших О.Ф., Магнитопараметрический генератор, Патент РФ №2359397, опубл. в бюл. №17 от 20.06.2009;

6. Меньших О.Ф., Устройство для измерения спектра сигнала индукции в магнитно связанной системе, Патент РФ №2467464, опубл. в бюл. №32 от 20.11.2012.