Сила Лоренца в электрогенераторе и электродвигателе
HTML-код
- Опубликовано: 5 май 2022
- Обсуждаем принципиальную общую схему работы электрогенератора и электродвигателя, основанную на действии силы Лоренца.
Ключевые слова: электродвигатель, электрогенератор, сила Лоренца, сила Ампера, ЭДС индукции, противо-ЭДС, механика, электродинамика.
Наш канал с дополнительными материалами
t.me/getaclass_channel
Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ
www.nsu.ru/
Это радостное лицо Андрея Ивановича, когда установка заработала 😃
Видно, чт Вам самому физика доставляет большое удовольствие.
Интересная у вас гальваническая развязка)
Канал огонь, всегда что то интересное, и наглядно и поразмышлять
Получается, трансформатор напряжения играет ту же роль, что и рычаг в механике, а соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток - это аналог плечей этого рычага
Норм. Я подобным образом много лет объясняю.
Класс. Я почти нечего не понял, только общую мысль, как и 50 лет тому назад. Не заходит, что я могу поделать. Зато до меня дошло чем генератор отличается от электромотора, ... получается если хорошо подуть на пропеллер должен появиться... видимо, постоянный ток
Спасибо за труды. Супер
Можно добавить еще один рельс посередине. Первую перекладину подсоединить к нижнему и среднему рельсу, вторую - к нижнему и верхнему. Перемещая вверх и вниз средний рельс можно менять передаточное соотношение
И как образовать замкнутый контур?
Ширину колеи рельсов нужно сделать разной для подвижных стержней, соответствующих неравным плечам. На более длинном стержне будет генерироваться бОльшее напряжение, и соответственно бОльшее напряжение потребуется для передвижения этого стержня при обратном преобразовании (может быть всё наоборот, но это врятли, я не эксперт по фундаментальным вещам, я бы проверил на практике при возможности).
Мысль интересная, но зачем вы выделяете бОльшее? Вы думаете, кто-то прочитает "большЕе"? 😏
Спасибо отличный ролик! Здорово отсняли 👍🏻
Сделать магнитное поле разным для левой или правой сторон. Если справа поле будет выше, то установка сможет поднимать более тяжёлый груз.
Большое спасибо.
Продолжайте
Если проводники движутся с одинаковыми скоростями, то тока не будет. Хотя если они движутся с разными скоростями, то ток возникает и проводники стремятся двигаться с одинаковыми скоростями. Это мне почему то напоминает идеальный гироскоп и утверждение, что он может вечно прецессировать
Для получения эффекта не равноплечего рычага в случае двух проводников на рельсах есть 2 способа: либо поместить их в магнитные поля разной напряжённости, либо сделать проводники разной длины (соответственно, расстояние между рельсами для двух проводников должно быть разным).
Отличное объяснение. Спасибо!
Думаю добавить разное количество стержней как слева так и справа. Стержень это же обмотка двигателя, если я правильно понимаю.
спасибо
Уже ответили: рельсы сделать под углом.
Там где угол сходится, будет выигрыш в скорости. Инвариант - заметаемая стержнем площадь в единицу времени. Сохранение энергии.
В продолжение ролика будете двигать магнитное поле? Синхронные и асинхронные машины покажете?
Спасибо!
Может быть ошибаюсь, но для изменения длины рычагов надо чтобы рельсы находились на поверхности цилиндра, и ещё одна из стержней должна двигаться во внешней а другой на внутренней поверхности цилиндра. Так у них угловая скорость обоих будет равен друг другу, а скорость вращения разными. Ещё один вариант сделать магнитную полю неоднородном справа на лево. Другой вариант движения стержней по трапецовидным рельсов. Так длина стержней взаимодействующих с однородном магнитном полем будет разными.
Не будет у них угловая скорость равна друг другу.
Interesno👍
Здравствуйте, величину силы Лоуренса задаёт произведение заряда на поле и на скорость. Очевидно, что изменив одну из величин мы изменим характеристики системы. Например можно увеличить площадь пластины, тем самым увеличить поле, у такой пластины будет выше сила Ампера. Можно изменить скорость, выбрав разные металлы, с разной проводимостью.
Добрый день! Можете прокомментировать новое видео Дерека с канала Veritasium об электрической цепи? Можно ли объяснить передачи энергии в двигателе и генераторе с позиции электромагнитного поля, а не сил, действующих на электроны. Из видео Дерека я понял, что само движение электронов не переносит энергии.
Еще интересно было бы узнать о процессе стягивания электронов к центру проводника при протекании тока, из-за которого образуется поверхностный заряд и электромагнитное поле. Возможно Вы можете порекомендовать литературу для изучения?
Дерек подмухлёвывает. Он повторил опыт Герца и рассказывает об этом, как о чём-то никому неизвестном.
Так что ничего нового не добавится.
Движение электронов по всей длине цепи является необходимым условием для полного описания работы любой электрической цепи.
Все правильно, энергия передается через поле, иначе такие устройства как трансформаторы и электродвигатели не работали бы, а электричеством только бы грели еду на плите, ведь именно движение электронов вызывает нагрев проводника
Спасибо
Вопрос:
Если грузы одинаковые, то в какую сторону начнётся движение? Или система будет в равновесии и без движения?
Если грузы одинаковые и КПД системы равен 1, то никакого движения не будет. Но так в реальной системе КПД меньше единицы, то оба груза будут опускаться поначалу с ускорением, пока не будет достигнута некая предельная скорость, которая кроме всего прочего будет зависеть от КПД.
Если говорить о электромоторах/генераторах, то нужно взять моторы с разными диаметрами якорей. Соответственно при одинаковом магнитном потоке будут разные окружные скорости при одинаковой частоте вращения и наоборот.
Может с другого конца рельсы раздвинуть или сузить. По идее площадь, заметаемая движущимися проводником в единицу времени должна быть одинаковой. Значит, изменится перемещение.
И как же это согласуется с законом сохранения энергии?
Почему "полная сила, действующая на каждый электрон равна 0" ?
Для "неравноплечевого рычага" можно было бы изменять соотношение длин проводников в левой и правой частях.
Если не ошибаюсь, в этой модели с рельсами и перемычками омическое сопротивление цепи R должно быть конечным и ненулевым, чтобы представленные рассуждения имели смысл. При бесконечном R вторая перемычка останется неподвижной, а при нулевом R установившаяся скорость обеих перемычек равна 0 (сила Ампера сразу уравновешивает любую внешнюю силу к первой перемычке). Если так, то КПД этой модели принципиально не может быть 100%.
Ещё, кажется, тут для полноты картины надо учесть силу Лоренца к показанному электрону со стороны полей рельсов и второй перемычки (поля создаются током в них). Эта сила направлена влево-вверх и, значит, даёт вклад в вертикальную силу 7:49.
@@schetnikov Наверно, я понял. Вы рассматриваете возможное установившееся движение системы, абстрагируясь от предыстории этого состояния, то есть как оно было достигнуто. А я пытался представить, как это движение автоматически достигается из состояния покоя под тривиальным воздействием внешней постоянной силы. Теперь понятно, что должны быть особые условия/действия для достижения рассматриваемого состояния. Даже если соединить перемычки перекладиной, как вы предложили, надо ещё создать ток в этом сверхпроводящем контуре, чтобы впоследствии он поддерживался по инерции. Сам по себе ток в такой «тележке» не возникнет, потому что в ЭДС индукции двух перемычек уравновесятся.
@@schetnikov , очень долгое время, в определении правил Ампера, Фарадея, Лоренца, с последующим их векторным наложением на простейшую электрическую цепь, представляло для меня некоторую ситуационную сложность, которая вызывала определенную путаницу в голове. Когда однажды, сложилась некоторая картинка происходящего, которую я назвал для себя правилами Альфа - Омега. Данные правила, не изменяют общего порядка происходящих физических процессов, но являются более информативными и легко воспроизводимыми. Представьте себе, алфавитный порядок букв, который начинает читаться слева на право, буквой Альфа (Ампера), и заканчивается буквой Омега (Фарадея). Соответственно для закона Ампера, выведем правило левой руки : Пусть, силовые линии магнитного поля входят во внешнюю сторону левой кисти руки (выходят из ладони), а четыре вытянутые пальца показывают направление движения тока в проводнике, тогда отставленный в сторону на 90° большой палец, покажет направление движения проводника. Это же правило, будет действительным и применимым, для определения направления движения отрицательно заряженной частицы в магнитном поле.
Для закона Фарадея, выведем правило правой руки: Пусть, силовые линии магнитного поля входят во внешнюю сторону правой кисти руки (выходят из ладони), а отставленный в сторону на 90° большой палец, показывает направление движения проводника, тогда четыре вытянутые пальца, покажут направление индуцированного тока в проводнике. Это же правило, будет действительным и применимым, для определения направления движения положительно заряженной частицы в магнитном поле.
То-есть, на левой, внешней стороне кисти руки, можно смело нарисовать буковку Альфа со знаком "минус", а на правой, внешней стороне кисти руки, рисуем буковку Омега со знаком "плюс". И тогда, в доступном виде, будем использовать следующие правила: Ампера " - " и Фарадея "+".
В дополнение, можно проделать следующее,- сложив кисти рук ладошками к друг - другу, мы получаем общее движение кистей рук, очень похожее на то, когда верующий человек находится на молитве в храме.
Также, данный пример установленных правил будет применим для определения направления Кориолисовой силы возникающей на полушариях нашей планеты. В следующую минуту, представьте себе, что Вы удерживаете в своих ладонях маленькую планету Земля, развернувшись лицом к восходящему Солнцу. Причём, северное полушарие находится в левой ладони, а южное полушарие в правой ладони ваших рук. Тогда, для Северного полушария направления сил гравитационной динамики, будут определяться правилом левой руки, и звучать следующим образом: если силовые линии гравитационного поля Земли, входят во внешнюю сторону левой кисти руки (выходят из ладони), а четыре вытянутые пальца указывают направление движения материальной точки, тогда отставленный в сторону на 90° большой палец, покажет направление возникновения Кориолисовой силы.
Для Южного полушария, направления сил гравитационной динамики, будут определяться правилом правой руки: если силовые линии гравитационного поля Земли, входят во внешнюю сторону правой кисти руки (выходят из ладони), а четыре вытянутые вперёд пальца, указывают направление движения материальной точки, тогда отставленный на 90° в сторону большой палец, покажет направление возникновения Кориолисовой силы.
Здесь, уместно будет вспомнить о том, что всё будет одинаково похоже с электро динамикой, и по необходимости, мы можем использовать электродвигатель в качестве генератора и наоборот.
Идея пойти при изучении электричества от целого к отдельным элементам, начать с общего представления очень интересная. Но использование при этом терминов «сила Лоренца» и «сила Ампера», даже для изучавшего их в школе много лет назад, звучит как птичий язык.
То есть, при подаче сложного нового материала стоит заранее определить все термины.
Согласен, я в прошлом тысячилетии учился и мне тяжело это понимать. Лучше сначала по отдельности, а потом всё вместе.
То есть предлагаешь каждый ролик рассказывать курс физики?! Эти ролики для тех кому физика интересна, а возникающие вопросы можно решить с помощью учебника или хотя-бы гугла
Так-же школьники могут посмотреть эксперименты, не у всех учителя снисходят до экспериментов
можешь ролики от МИФИ посмотреть и напугаться
А в принципиальной схеме, вы сказали грузы поднимаются и опускаются с одинаковыми скоростями и имеют равный вес. Но тогда это равноплечий рычаг, уравновешивающий грузы и скорость одинаковая, но она равна тогда нулю. Или это не так?
4:04 словосочетание "горизонтальная скорость" можно было бы и повторить в символе при векторе v_г 😅
Вот бы во всех учебных заведениях, также бы классно преподавали предметы. Не только в школах и не только физику.
- Сила воды!
- Сила ветра!
- Сила земли!
- Сила Ампера!
Сила Сибири.
Ну финальный вопрос прост) Просто изменяем величину магнитного поля или\и длину перекладины или\и количество заряда через перекладину в единицу времени. Последнее можно реализовать многоэтажными рельсами , создающими несколько витков.
Как вы можете доказать, что f*s=const? Это про золотое правило механики
Я честно говоря подумал про плотность електромагнитного поля и если раздвинуть рельсы на другой стороне но оставляя их подключёнными в теории вторая часть должна была бы тянуть больше груз но меньше скорость и дальность
@@user-ds1rk9fb1y , вероятно вы имели ввиду интеграл fdx = const. Да, это закон сохранения энергии. Доказывается от противного через вечный двигатель. 😅
Нужно добавить повышающий трансформатор после генератора
А теперь, заменяем грузы на пружины с жестокостью k1 и k2, вводим массы движущихся контактов m1, m2, добавляем в цепь колебательный контур и предлагаем школьникам проанализировать колебания в такой системе.
>:-E
Подумал использовать один медный стержень, а второй стальной, но не подходит это, потому что какой бы материал каждого стержня ни использовался - ток по замкнутому контуру будет одинаковым в каждой точке.
Но что произойдет, если магнитное поле вращается, а проводник останется неподвижным относительно рельсов, то есть как с помощью уравнений Максвелла определить направление тока?
Есть статья К.Канн" Электродинамика" взгляд физика, дающая более простое понимание природы силы Ампера. Провод с током сам становится электромагнитом с магнитными линиями которые взаимодействуют с другими магнитными линиям.
Очень очень сложно. Куча терминов и сил которые не объяснены, но участвуют в работе. Модель струдно представить.
11:00 А где сейчас живет/трудится Салават, если не секрет? А то как-то после его давнего отъезда в Корею я его совсем потерял из виду...
рубашка зачётная ! ЛСД рулит
ответ: например можно использовать разное количество витков у генератора и у мотора.
К одному из проводников, прикрепить паралельно больше изолированых проводников. Только не забыть уменьшить, или уверичить, нагрузку.
Было бы интересно ещё объяснить что происходит с другими заряженными частицами - протонами. Ведь при движении рельса на них также действует сила Лоренца. Означает ли это что в целом на рельс действует сила, перпендикулярная его движению?
Увеличив скорость движения левого стержня (генератора), мы увеличим силу Лоренца, и это приведет к увеличению вертикальной составляющей, тем самым мы увеличим ЭДС. Увеличенное ЭДС (она одинакова и справа, и слева) при прежней (неувеличенной) скорости движения правого стержня (двигателя) вызовет смещение угла итоговой силы Лоренца (она станет более горизонтально направленной влево), что вызовет бОльшую силу Ампера, т.е. сможет поднимать бОльший по массе груз, чем слева (на генераторе), но с меньше скоростью, чем опускается груз на генераторе
Вопрос по теме. Сама сила Лоренца. Почему она возникает? Почему заряженная частица отклоняется в магнитном поле в ту или инную сторону? Я уже как-то задавал этот вопрос. Но Андрей Иванович игнорирует этот вопрос. Расскажите пожалуйста хотя бы гипотзу. Если нет точного объяснения данному явлению.
По сути это сила Кулона. Магнитное поле всегда порождается токами (даже в постоянном магните считается, что поле порождено токами работающими на микроуровне), а токи - это движущиеся заряды. Поэтому сила Лоренца и сила Кулона - это одна и та же сила, принимающая ту или иную форму в зависимости от системы отсчета. Ведь если мы перейдём в систему отсчета, в которой скорость частицы равана нулю (т. е. система движется вместе с частицей), сила все равно будет действовать.
@@alexivch54 Магнитное поле может быть, а электрический заряд может при этом отсутствовать. Изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле и наоборот. Электрическое порождает магнитное. То есть движущийся заряд в пространстве создаёт возмущение. В свою очередь возмущение соответствует движущемуся заряду. В электромагнитном излучении нет движущихся зарядов. Но оно несёт в себе возмущение соответствующее движущемуся заряду.
Рубашка - класс!)
Ответ на вопрос: в электроцепь между мотором-генератором и мотором-двигателем нужно добавить трансформатор с коэффициентом трансформации, отличным от 1:1
Может соотношением сечения проводников, или их длины можно изменять так сказать "коэффициент трансформации".
Подобно таким машинам существуют сельсины
Рубашка - огонь! 🔥
Я думаю можно положить сверху на одной половине черного ящика мощный магнит. Тем самым появится неравномерное магнитное поле и равновесие системы нарушится.
Это не законно.
теперь понятно как работает электротрансмиссия
Добавить трансформатор или реостат. Зависит от цели применения установки)
@@schetnikov тогда переменный резистор. Можно будет регулировать обороты второго двигателя, а не статично передаточное число зафиксировать
@@SenpaiVladian Добавив резистор Вы создаёте потери. Да, можно будет регулировать обороты второго двигателя, но только за счёт потери мощности. А наша задача - снизить обороты, увеличив крутящий момент (либо наоборот), но сохранив при этом мощность (в идеальном случае. при 100% КПД).
Если сила - это ток, а изменение тока - это трансформатор, то вот он кажется рычаг.
А как связаны поле постоянного магнита и поле натертого шерстью шарика? Классный ролик! СПАСИБО!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Электромагнита; а ферромагнита - это вообще кванты)
@@aleksandr_berdnikov вы про спин частиц? Хотя не только он, ведь орбитальный угловой момент у электронов тоже есть. Существует очень крутой эффект, называется эффект Эйнштейна-Хаазе. Берём железный цилиндр, подвешиваем на проволоке, помещаем в соленоид, пускаем ток. В результате цилинтр намагничивается и начинает немного вращаться. Это результат закона сохранения импульса. Причем круто, что можно количественно оценить эффект и показать, что у электронов действительно есть спин, потому что величина эффекта в 2 раза больше, нежели ожидается, если мы приписываем электрону только орбитальный угловой момент.
В генераторе вроде, должны обеспечиваться условия для возникновения переменного магнитного потока, а здесь их нет ?
Если я ничего не пропустил, то можно сделать цилиндры разных диаметров
посмотрел на опытную установку, как она работает понял сразу. И режим генератора и мотора, причем даже разбирал такие, знаю их внутреннее устройство и принципы работы. Однако объяснение нифига не понял, какие грузы в моторах?? если это модель то в моей голове она не смогла лечь на данную конструкцию🤷
Почитал комментарии, понял что я один не понял и вообще тупой, судя по тому какие темы там поднимают😐
Есть ещё вопрос: на электронные дырки может действовать какая-либо сила? Ведь по сути, когда электрон движется вниз, то вверх при этом движется виртуальный положительный заряд - электронная дырка.
дырка - это квазичастица. поэтому она должна быть хорошо локализована. А действовать на неё будет ... квазисила =). В реальности сила всё-таки действует на множество электронов, а не на оставшуюся дырку. Хотя сами электроны могут начать действовать друг на друга, заставляя дырку "двигаться". Однако если один электрон движется вниз, то совершенно не обязательно, что дырка будет двигаться вверх. Может просто произойти какое-то перераспределение зарядов, равномерно по всему объекту.
А униполярный двигатель не слабО описать? Только там к Лоренцу еще Ньютон нужен. :)
А почему сила действует под прямым углом?
электромагнетизм вам на это не ответит. Это "опытный факт". Но если вы попробуете сделать пересчёт электрической силы Кулона из одной системы отсчета в другую, учитывая релятивистские эффекты, то у вас как раз появится второе слагаемое, которое действует на движущиеся заряды перпендикулярно движению частицы. Это и назвали магнитным полем и силой Лоренца. А вообще это просто релятивистский эффект. Так уж исторически сложилось, что сначала появилась корявая электродинамика, и лишь потом из неё выросла теория относительности. Сейчас конечно правильней выводить "магнитные" силы из закона Кулона и преобразований Лоренца.
Не учтена сила электрического сопротивления при движении электрона, она зависит от скорости.
В этой конструкции не хватает маховика (накопитель крутящего момента)
Спасибо за ролик теперь противоречие у меня развеялось..
Так ширину рельсов разную сделать - и вуоля
Изображение проводников, показанное на 6:00, работать должным образом не будет, потому что токи в проводниках разнонаправленные. А, мы знаем, что проводники с разнонаправленными токами, притягиваются к друг - другу. Если, конечно же подразумевается, что по проводам течет постоянный ток.
@@alexivch54 Взаимодействие это и есть суть, правильно выбранного направления движения проводника.
Используйте трансформатор 😉
В проводнике есть ещё положительно заряженные частицы - протоны в ядрах атомов. Они движутся в том же направлении, что и сами проводники, т.е. влево. А значит и на них тоже действует сила Лоренца, направленная вверх. Не понятно, какой силой уравновешивается эта сила Лоренца: электрической силой или внешней силой? По идее раз электроны движутся по замкнутой траектории, то у них при этом есть определенный момент импульса, который должен уравновешиваться противоположным моментом импульса, т.к. в начальный момент времени момент имульса системы был равен нулю.
Трансформатор поставить?
а откуда возникает постоянная разность потенциалов между рельсами по всей их длине?
Сила Ампера вроде бы для неподвижного проводника. А если провод движется, то вектор j уже не совпадает с направлением провода?
Для движущегося провода надо учесть силу Лоренца, действующую на положительные частицы в составе провода. Эта сила как раз уравновешивает ту часть силы Лоренца, действующую на носители заряда (электроны), которая связана с движением провода. Нескомпенсированной остаётся сила Лоренца, связанная с током. Она по сути и есть сила Ампера. В итоге, сила Ампера не зависит напрямую от движения провода. В том смысле, что формула для силы Ампера работает для подвижного проводника как для неподвижного. Косвенная взаимосвязь остаётся, так как движение проводника может приводить к изменению силы тока.
@@andreykuznetsov7442 , так значит идеальный электрический ток это встречное движение одинаковых, но противозаряженных частиц ? 😅
@@RobotN001 В этом смысле, получается так
Ай-яй-яй, хотите обойтись без дедушки Фарадея и,страшно сказать,Максвелла😊?.А как же быть, если нет движения проводников, а есть изменение магнитного потока?
4:05 по правилу левой руки
Честно признаюсь, ничего не понимаю из того, что об'ясняется. Самое главное в об'яснениях, это найти аналогию, например, движение тока и реки.
Зависит ли сила от скорости при приближении к скорости света?
Во-первых важно, про скорость какой из частиц вы говорите? Про ту, которая "создаёт" магнитное поле, или про пробную частицу, на которую поле действует? Давайте я напишу о пробной частице. В этом случае сила будет меняться при приближении скорости к 'c' (из-за фактора γ). Ведь в релятивистской механике сила определяется как F = dP/dt, где P = γmv. Силу вводят так (а не просто F=ma), чтобы закон движения зависел только от координат, а не от скоростей и/или ускорений частицы. Импульс же имеет вид γmv, потому что именно в таком виде он сохраняется при любых скоростях. Но меняется ещё и ускорение под действием силы. Не забывайте, что второй закон Ньютона в релятивистской механике имеет другой вид. Это не просто F=ma. Это нечто вроде F=γma+γ³mv*|v||a|cos(φ)/с², где φ - угол между векторами v и a, γ = 1/√(1-v²/c²). Заметьте, что в этом случае направление ускорения может не совпадать с направлением силы. Таким образом сила растёт, а ускорение наоборот падает.
Относительно забавно.
Для школьников такое оочень сложно .
Ээх. А у меня из розетки электроны высыпались..... Там теперь электричества нет.
На рисунке изображённом на 7:00, груз находящийся с левой стороны опускается, а груз находящийся с правой стороны поднимается. Из этого, можно сделать вывод, что грузы не равносильны по своей массе. У Вас на рисунке, в механической системе получился рычаг. Соответственно, можно предположить, что передача электрической энергии от генератора к электродвигателю, происходит в электрической схеме с потерей энергии. Для механической системы, аналогом таких тепловых потерь энергии в проводах, будет длинна рычага. Получается, что расстояние, в механической системе это потери энергии которые происходят за счёт уменьшения веса предметов. Избавляясь от веса, в механической системе, предметы передвигаются.
@@schetnikov Для полноты картины происходящего, всю нарисованную схему приёма - передачи, можно было бы закольцевать.
@@renovator7319 Вообще-то аналогом потерь в проводах в механической системе (рычаге) являются потери на преодоление силы трения в точке опоры рычага. А расстояния (как я понял - Вы имеете ввиду соотношение плеч рычага) ни к каким потерям не приводят, а лишь позволяют получить выигрыш в силе за счёт увеличения длины пути (либо наоборот).
Но аналогом данной системы является равноплечий рычаг. Другое дело (это и мне пришло в голову), что равные грузы на равноплечем рычаге просто бы уравновесились и он остался бы неподвижным. Но с другой стороны, допустим, что начальные условия для случая с равноплечим рычагом заданы так, что один из грузов опускается (кто-то его толкнул вниз). Тогда другой будет подниматься. И в идеальном случае (при отсутствии трения) такая система будет вращаться вокруг оси рычага вечно.
Но рассмотренная тут система не является прямым аналогом рычага. Два груза не могут уравновеситься и остаться неподвижными. Ведь, если проводник неподвижен, от сила Лоренца рана 0. Поэтому оба груза начнут тянуть проводники в разные стороны. И вот тогда в проводниках возникнет ЭДС противоположно направленные и потечёт ток, возникнет сила Ампера, которая будет стремиться остановить разбегание проводников. Но, как только проводники остановятся, ЭДС исчезнет, прекратится ток и исчезнет сила Ампера, но останется нескомпенсированный вес грузов, которые опять потянут проводники в разные стороны. Но вот, если по каким-то случайным причинам грузы остановятся не одновременно, то система заработает так, как показано в ролике - один из грузов будет опускаться, поднимая при этом второй (при отсутствии потерь, разумеется).
@@user-ui2bs1yg6d Речь ведётся о рычаге, в правильности понимания "золотого" правила механики. Представьте, что с левой стороны от точки опоры, имеется груз некоторой массы m1, а с правой стороны - груз массы m2, причём m1 больше m2. Но, Вы наблюдаете, что оба груза находятся в равновесии, а это значит что по всей длине рычага, который находится с правой стороны от точки опоры, расположилась вереница муравьев, несущих на своих плечах крохотные грузы одинаковой массы. При этом, общая сумма всех переносимых муравьями грузов, равна разнице веса груза расположенного с левой и правой стороны от точки опоры m1-m2=m3×n. Где, m3 - это масса каждого крохотного груза, а n - количество муравьев в веренице. Поэтому, рычаг находится в равновесии, вес груза в левой части, относительно точки опоры, равен сумме всех грузов переносимых муравьями и грузу находящемуся в правой части. А, потери - это тот общий вес, который добросовестно тянут муравьи, тем самым уменьшая вес груза (куска сахара) m2 в правой части.
@@renovator7319 Б-р-р-р! "По всей длине рычага ... расположилась вереница муравьев"?!! Нет, я, конечно, понимаю, что, возможно, Вам так образно объясняли "Золотое правило механика" с привлечением сих трудолюбивых насекомых. Но, как по мне, такая образность не делает данный физический закон понятнее, а наоборот - запутывает. Да, ни один механизм не может дать выигрыш в работе: выигрывая в силе, мы проигрываем в расстоянии, либо наоборот. В этом и состоит "Золотое правило механики". В случае же рычага, если я вижу , что два груза с массами m1 и m2 уравновешены на рычаге с плечами L1 и L2, то я скажу, что m1/m2 = L2/L1.
Но, вообще-то, случай равновесия - это статика. Здесь не совершается работа, а соответственно и нет потерь энергии. Но в приведенной в ролике схеме с проводниками на рельсах грузы двигались, а значит - совершалась работа. Да, в любой реальной системе есть потери энергии: в механической системе - за счёт трения (и не только), в электрической - за счёт сопротивления проводников (и не только), но в любом случае потерянная энергия рано или поздно преобразуется в тепло. Но потери энергии нельзя измерять расстоянием! У них разная размерность (расстояние - метры, энергия - Джоули. Дж = кг·м²/с²).
Возможно, Вы хотели сказать, что, поскольку существуют потери энергии, то опускающийся груз должен совершить большую работу, чем та, которую совершают над поднимающимся. А, стало быть он должен быть или немного тяжелее, или опустится несколько больше, чем второй подымется. Как-то уж сильно запутанно Вы излагаете свои мысли.
@@user-ui2bs1yg6d Пожалуйста, почитайте ответ на комментарий по внимательнее. Вдумчиво. Основываясь прежде всего на том условии, что рычаг находится в равновесии, принимая горизонтальное положение относительно поверхности. Но, материальные точки, массой m1 и m2 разнятся по весу. Предположите, что в начальном условии, рычаг не находился в равновесном состоянии.
Сила тока.
-У вас не правильно написано. Не тока, а только.
- Нет, тут всё верно написано.
- Ну ладно. Тока так тока. Не русский язык сдаю, в конце концов.
(С) «Триод и Диод» КВН
В своё время, по собственной, ненаказуемой инициативе, исследовал как работает электромагнетизм. Даже трактат наваял. Вот кусочек про силу Лоренца:
.................Часть вторая.
Неправильный удав.
«- А почему у вас удав от головы до хвоста пять метров, а от хвоста до головы всего три?
- Наш удав, как хотим, так и меряем!»
...................................................... Можно ли привлечь силу Лоренца к работе механизма электромагнитной индукции? С одной стороны как бы нет, поскольку для её возникновения необходимо наличие движущихся частиц, будь то летящие электроны или ток, вызванный упорядоченным движением электронов проводимости. Для индукции же наличие движущихся частиц необязательно, зато совершенно необходимо изменение магнитного поля, что является совершенно необязательным уже для силы Лоренца.
С другой стороны, так ли необходимо, чтобы именно заряд двигался в магнитном поле? Возникнет ли сила Лоренца, если на неподвижный заряд воздействовать движущимся равномерным магнитным полем? Казалось бы, да, ведь какая разница, как мерить удава - от головы к хвосту или от хвоста к голове. Но нас уверяют, что разница есть. Действительно, ведь воздействие силы Лоренца на неподвижную частицу приведёт её в движение, совершив тем самым работу. А работать этой силе запрещено Талмудом! В смысле, что в массе статей напрямую указано, что сила Лоренца работы не совершает, лишь отклоняет вектор скорости зараженной частицы, не меняя её энергии.
Следовательно, воздействовать на покоящийся заряд магнитному полю категорически запрещено? Но тогда мы получаем ту самую анекдотическую ситуацию с удавом длиной от головы до хвоста пять метров, а от хвоста до головы ноль метров. Вот такой парадокс. Но да бог с ним с удавом, ситуация ещё более скандальная.
Вот встречаются, к примеру, в далёком, далёком космосе магнит и электрон. И что им, бедным делать, как взаимодействовать? Ведь глушь невообразимая, кто летит, кто стоит совершенно непонятно. Но, как только они провзаимодействуют начнётся цирк с конями. Если летел электрон, он отклонится. Если летел магнит, они разойдутся как в море корабли. Но в обоих случаях немедленно нарисуется абсолютная система отсчёта, в которой и только в которой возможно данное событие. И куда теперь девать всю эту относительность?
Ну, хорошо, а если удав таки правильный, и воздействие происходит в любом случае? Как говорится, что в лоб, что по лбу. Это исправит ситуацию? А, вот, фигхтвангер! Всё равно имеем два разных варианта. Либо летящий электрон просто отклоняется, либо покоящийся электрон разгоняется, приобретая энергию. Траектории разные, а, значит, снова здравствуй абсолютная система отсчёта!
Так, что всё очень нехорошо, с этой силой, есть, как говорили классики, неполадки в пробирной палатке.
Ладно, попробуем разобраться сами, как и почему оно тикает.............................................................................
Такими рассуждениями обычно выводят, как электрическое и магнитное поля при смене системы отсчёта преобразуются (если перейти в СО пролетающего над магнитом электрона, то что его толкает если в этой СО он неподвижен? Электрическое поле; значит при движении относительно магнитного поля получаем такую-то электрическую компоненту; и, аналогично, наоборот). И показывает что электрические и магнитные поля - не две разные штуки, а компоненты в выбранной СО единого ЭМ поля, которое априори на них не разложено без выбора СО.
@@aleksandr_berdnikov Не не не! Про электрическое поле там ни слова. К тому же, это я привёл, т.с. преамбулу к очередной серии экспериментов.
@@bobmargadon6175 Не понял, где "там" ни слова про электрическое поле. Там где замену координат выводят, естественно, про электрическое поле столько же слов, сколько и про магнитное, в том и смысл.
@@aleksandr_berdnikov Ещё раз, коротко. Простой мысленный эксперимент. Встречаются электрон и магнит. И тут возможно три варианта: либо взаимодействия не происходит, либо электрон отклоняется, либо электрон разгоняется. Фсё! Какой из трёх вариантов мысленного эксперимента соответствует действительности, зависит от правильности нашего понимания механизма работы силы Лоренца. Но! Оба три варианта напрямую требуют абсолютной системы отсчёта. А если Вы полагаете, что сменой системы координат можно менять физическую реальность, то Вам не сюда, Вам в Хогвардс!
@@bobmargadon6175, а Вы сами знаете ответ на Ваш парадокс? Это очень важно. Я данный вопрос месяц назад поднял здесь в другом выпуске "От чего отталкивается снаряд в рельсотроне?" ( ruclips.net/video/tdxSHEy7XTI/видео.html ) и очень хотел бы, чтобы ведущие рассмотрели его в одном из своих следующих роликов. Но этого пока не случилось.
Возможно, Ваш вариант разрешения данного парадокса будет убедительным и достаточным.
Чтобы у Вас была еще более полная картина споров "вокруг" этого парадокса, посмотрите по ссылке ниже ветку моих дискуссий с оппонентом Сергей Мих. Н., который вообще считает приведенный Вами парадокс основанием для отрицания существования электромагнитных волн:
zen.yandex.ru/media/id/5e162b66c49f2900b113450d/interferenciia-o-tom-kak-durili-nas-o-tom-kak-duriat-nashih-vnukov-611cc825105ddb00ca794dbe
Его комментарий в той теме так и начинается словами: "Уважаемые дяденьки-ребятЫ ! Пожалейте дяденьку Сергея, которого ТОШНИТ от утверждений, что в Природе ЯКОБЫ существуют электромагнитные волны."
Ответ на вопрос: думаю, нужно просто добавить трансформатор
Если двигатели на постоянном токе то трансформатор не поможет
@@user-bw6hj7qd1q , если все провода сверхпроводящие, то для двигателей постоянного тока сверхпроводящий трансформатор будет работать 😅
Думаю схема с рельсами в обычной жизни будет иметь крайне низкий КПД, и в повседневной жизни для того чтобы она работала необходимо будет сделать ее очень маленькой. И для того чтобы система реально совершила работу валы и рельсы должны быть идеально отполированы и отбалансированны, а груз должен будет иметь крайне малый вес чтобы показать этот эксперимент на практике. Что вероятно только собьет школьников с толку.
В идеале магнитное поле должно быть бесконечно сильным а всю эту конструкцию поливать жидким кислородом превратив тем самым в сверхпроводник и попутно увеличив площадь касания валов с рельсами. При этом конструкцию еще не должно покоробить от перепадов температур...
@@schetnikov у рычага почти 100%
@@alexivch54 В том что если школьник захочет повторить у него не получится. По круче "самобеглого шарика" Игоря Белитского будет.
Вообще-то формула Лоренца содержит два слагаемых. Второе слагаемое - это произведение заряда на напряженность электрического поля. Формула Лоренца легко выводится из законов Кулона, Ампера и Фарадея. Однако эти законы получены экспериментально. Заслуга Лоренца ы том, что он обосновал эти законы теоретически. Для этого он использовал любимый Андреем переход от одной системы отсчета к другой, в которой скорость заряда равна нулю. Что стало с силой Лоренца?
Другой вопрос. Предположим левый груз опускается равномерно. При этом потенциальная энергия груза уменьшается. Куда переходит энергия? Ответ. Площадь прямоугольника, ограниченная рельсами и перемычками, увеличивается равномерно. Равномерно увеличивается магнитный поток через эту площадь и, следовательно, магнитная энергия. Тогда, чтобы грузы были в безразличном равновесии необходимо, чтобы суммарное изменение магнитной энергии, связанное с грузами, было одинаковым. Это имеет место в том случае, если расстояния между рельсами пропорциональны весам грузов.
Вот я всем задаю такой вопрос, но ни как не могу получить понятный ответ - почему сила Лоренца направлена не по нормали, а в сторону относительно движения электронов? Все остальные силы ведь действуют по направлению к источнику, а Лоренц так не хочет.
Это фундаментальное свойство нашего мира. Всё-равно, что спрашивать, почему частицы обладают именно такими параметрами, или почему скорость света именно такая.
плохо задаёте, либо плохо отвечают =).
Электромагнетизм вам на этот вопрос не ответит. Это "опытный факт". Но если вы попробуете сделать пересчёт электрической силы Кулона из одной системы отсчета в другую, учитывая релятивистские эффекты, то у вас как раз появится второе слагаемое, которое действует на движущиеся заряды перпендикулярно движению частицы. Это и назвали магнитным полем и силой Лоренца. А вообще это просто релятивистский эффект. Так уж исторически сложилось, что сначала появилась корявая электродинамика, и лишь потом из неё выросла теория относительности. Сейчас конечно правильней выводить "магнитные" силы из закона Кулона и преобразований Лоренца. Так что сила Лоренца - это проявление теории относительности.
@@user-wh7or8oz4j вы не правы. характер силы Лоренца - вполне понятен, если выводить эту "силу" из закона Кулона через релятивистские преобразования. Если совсем просто, то причина в том, что релятивистские эффекты работают только вдоль движения, а не поперёк. Это и создаёт такое "странное" поведение. Когда вы делаете преобразования Лоренца для вектора силы при переходе из системы, где источник электрического поля неподвижен, в систему, относительно которой источник электрического поля движется, то у вас вылезет второе слагаемое, которое будет действовать перепендикулярно направлению частицы.
@@mrgoodpeople понял, теперь хоть буду знать от чего отталкиваться. Электродинамику мне только предстоит изучать, так что вот.
@@user-wh7or8oz4j да, тут важно понять, что исходя из современных данных, проще сначала изучить теорию относительности (она ведь очень простая, состоит из одного утверждения - все законы физики во всех инерциальных системах отсчёта одинаковы), а уже из неё выводить электродинамику. В этом случае "магнитные" явления возникают сами собой. А иначе могут возникать странные вопросы. Например, есть зараженная частица, она неподвижна, вокруг неё только электрическое поле. Но если мы едем мимо неё на велосипеде, то относительно нас эта частица движется, а значит вокруг неё есть ещё и магнитное поле. Вопрос! Так магнитное поле есть или его нет? Как такое может быть, что свойства пространства вокруг частицы зависят не от самой частицы, а посути от наблюдателя? О_о
немного продолбались вы с датой публикации, судя по названию :)
Термин "свободные" заряды в проводнике, не совсем корректен по своей сути, потому что заряды движутся в строго определенном для них направлении, под действием внешней силы - магнитного поля. Исходя из этого они не "свободны", они не движутся сами по себе куда им захотелось.
Это общепринятый термин, наличие свободных электронов является свойством металлов
@@user-ds1rk9fb1y Совершенно правильно замечено, это всего лишь термин.
А если электроны свободны, почему тогда они не покидают металл?
@@alexivch54 я просто не могу понять, чем их свобода принципиально отличается от не свободных электронов, если заряд ядра атома скомпенсирован несвободными электронами и является нейтральным, как тогда ядро может притягивать свободные электроны? У свободных электронов какие-то орбиты особенные? Как это всё выглядит на атомарном уровне?
@@alexivch54 и ещё такой вопрос, про термоэлектронную эмиссию, допустим мы имеем металл закреплённый в ваккумной колбе, мы его нагрели, после чего он потерял свободные электроны, вопрос, как происходит восполнение этих электронов?
И, вот каким же образом, подрастающему поколению, разобраться в этом мгочисленном перекрестном нагромождении стрелок на 8:00? Действительно, можно запутаться.
Может, подрастать побыстрее?
@@vadimbrylev2517 И, стареть медленнее?(:
@@renovator7319 Стареть - на личное усмотрение, главное по дороге не глупеть.
а есть люди которые понимают как работает коллекторный двигатель в режиме двигателя и в режиме генератора, но из этого объяснения ни чего не поняли ? xD
Не увидел здесь вопроса, всё понятно, а вот объяснение вообще не понял. На практике простая схема, а в теории разобрали андронный коллайдер
Какое-то мутное объяснение схемы с рельсами. Неплохо было бы проверить.
В определении направления силы Лоренца на 4:00, для заряженных частиц, произошла ошибка с точностью до наоборот.
Видимо, картинка подразумевает трехмерность. Если v направлена вправо-к нам и F влево-к нам, то всё нормально, как по правилу левой руки
@@schetnikov Думаю, лишним бы не оказалось.
правило левой руки вообще не выполняется. неправильно
@@gennadyosotov4258Можете объяснить почему?
@@renovator7319 по правилу руки получается что + заряд летит к нам, в экран
В ваших схемах всегда есть силы, которые направлены против силы Лоренса, а значит, они тормозят движение электронов. Ну а если тормозят, значит когда-то электроны остановятся, и не станет ни электродвигателя, ни генератора.
Существует мнение, что электрический ток - это вообще-то не движение электронов, и что истинная природа электрического тока до сих пор неизвестна.
Замороченно вышло. Лучше - классический метод.
Что за рельсы, стержни? С ума сошли? «Аналогии хороши, но опасны. Рано или поздно они перестают работать». Поэтому лучше классический метод.