альтернативная энергия (afhh723) wrote in gp_russia,
альтернативная энергия
afhh723
gp_russia

Category:

Парадокс фарадея, как основа солнечной энергетики.

Наверное надо немного уточнить, что я имел ввиду под "солнечная батарея, которая работает на других принципах и может работать даже ночью". На самом деле это принцип этот хорошо известен, а началось все, как очень многое в области электричества, с Майкла Фарадея. Именно он, примерно 200 лет назад, первый обнаружил замечательное явление, объяснить которое он не мог, но как настоящий ученый тщательно его описал. Именно по этому данный эффект вошел в историю науки как "парадокс Фарадея".

В чем же его суть? Суть парадокса в том, что Фарадей вывел значение ЭДС как пропорциональное скорости изменения магнитного потока через площадь контура, этим законом мы пользуемся до сих пор, который так и называется "закон электромагнитной индукции Фарадея" и является основным законом электродинамики. Суть же парадокса заключается в том что изменение потока на происходит в данном случае, а ток все равно появляется.



Дело в том, что Фарадей не знал про существовании "свободных электронов" и по этому явление для него было парадоксальным. С открытием же электронов (десятки лет после смерти физика) эффект нашел простое объяснение.

На данном эффекте построены электрические генераторы, правда в виду того, что такой генератор имеет невысокое напряжение (доли - десятки вольт) и большой ток, он нашел себе весьма специфическое применение - в предприятиях электрохимии, в цепях с большим значением тока (например в питании электромагнитов ускорителей заряженных частиц)

Т.е. претендовать на "первенство" в открытии эффекта "униполярной индукции" весьма тяжело :)

Но стоит задуматься вот над чем: сейчас появились новые материалы например неодим-железо-бор с высоким значением остаточной индукции (больше 1 Тесла), что делает такие материалы "условно бесплатным" источником сильного магнитного поля, что в свою очередь делает возможным перераспределить энергию затрачиваемую униполярным генератором - больше на магнитное поле и меньше на механическое вращение. Причина такого "коварного хода" проста - сила Лоренца Bqv*sin(a) т.е. пропорциональна B т.е. напряженности магнитного поля, а v зависит от температуры. Если использовать довольно мощные магниты то можно получить достаточно большое значение тока при малой мощности, необходимой на вращение:



Автор видеоролика правда не совсем понимает как, и называет это "генератор брюса де пальма", но это не от большого ума - в историю науки этот эффект вошел под названием "парадокс Фарадея" - на видео обычная "униполярка". Из того что еще понравилось - два диска соединены последовательно, правда и здесь... вместо того чтобы сделать их как можно ближе через магнит (получается сандвич два магнита диск магнит диск два магнита, центры дисков имеют электрический контакт друг с друг другом)на видео непонятно что. Можно даже 2 пары дисков соединять последовательно через скользящий контакт(это кстати тоже предложил Фарадей), правда надо делать изолятор между парами и надо понимать что скользящий контакт это не только "ненадежно" но это потери на трение и ток "сопротивляется" вращению. В целом типичное видео типичного се-кролика не понимающего толком что происходит.

Т.е. это никакой не вечный двигатель хотя мощность генератора можно получить значительно большую, чем затрачено на вращение, ближайший аналог такого устройства - "тепловой насос". т.е. при абсолютном нуле устройство работать не будет (скорость электронов около нулевая) т.е. это такой вот вариант "солнечной батареи", о чем собственно мы говорили.

Легко посчитать скорость электронов в куске металла - ответ дает МКТ средне квадратичная скорость - это примерно 10^5 метров в секунду для "электронного газа" в "нормальных условиях". Тут не удержусь чтобы не посмеяться над проектом "Википедия": Сила эта направлена вдоль радиуса диска. В результате при вращении диска возникает ЭДС между его центром и краем. это простите они с какой скоростью диск крутят? Да и вообще "электронный газ" неплохо описывается как "идеальный", и не понятно почему они одно направление движения электронов выделили как "главнее" других "в результате вращения".

Ну да ладно не все в школе хорошо учились. Т.е. появление тока объясняется не вращением, а ненулевой температурой . Далее вступает сила Лоренца:
Fл = q·V·B·sin(a), которая выполняет роль ЭлектроДвижущей Силы (ЭДС)
где
q- заряд частицы
V- скорость частицы
B- напряженность магнитного поля
a - угол

Скорость зависит от температуры и мы её уже нашли, B - "чем больше тем лучше" sin(a) - перманентно 1.

Сила направлена нормально по отношению к скорости, поэтому вращение дает только лишь точку контакта, которую необходимо постоянно менять, именно по этому момент необходимый на валу двигателя, мало зависит от тока нагрузки. Кроме того можно использовать соединение дисков "катушка" (как на видео) т.е. два диска последовательно (соединены центры), тогда токи направлены в противоположные стороны и если диски расположены достаточно близко - магнитные поля будут друг друга компенсировать.

Значение ЭДС легче вычислить "по упрошенной схеме" дабы не утомлять читателя интегралом - он там целый один напишу сразу ответ:
e= B*n*S
где
B - индукция поля.
S - площадь, которую пронизывает вектором B.
n - оборотов в секунду. Обратите внимание двигатели как правило маркируются оборотами в минуту.

Означает ли это, что мы получим близкое по значению напряжение? Естественно НО при определённом токе, который легко вычислить по закону Ома:

i=U/R => u= i*R

i - ток.
U - напряжение.
R - сопротивление.

т.к. сопротивление очень мало - доли Ома, при малых токах, например когда нагрузка это прибор с большим сопротивлением - например вольтметр, напряжение будет десятые-сотые доли вольта.

Лучше всего закоротить генератор измерительным шунтом, и мерить падение напряжения на нем.

Еще можно в качестве нагрузки взять амперметр - т.к. он имеет малое внутреннее сопротивление, однако токи в генераторе возникают значительные и есть опасность просто сжечь прибор.

Вот и наша концепция "солнечной батареи на принципиально иных принципах".

В свете этого интересна довольно старая заметка:
http://seva-bbc.livejournal.com/71388.html

P.S.
Молекулярно-кинетическая теория (сокращённо МКТ) — теория, возникшая в XIX веке и рассматривающая строение вещества, в основном газов, с точки зрения трёх основных приближенно верных положений:
все тела состоят из частиц: атомов и молекул;
частицы находятся в непрерывном хаотическом движении (тепловом);
частицы взаимодействуют друг с другом путём абсолютно упругих столкновений.
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments