Зубцовый эффект и электродинамика

[chislo_avogadro]

Munin в сообщении #1009998 писал(а):

chislo_avogadro в сообщении #1009986 писал(а):

Сила, действующая на диполь в магнитном поле, зависит от его (поля) градиента. Нарезая зубцы увеличиваете градиент.

Тут всё линейно.

Может и так, но это ведь не отменяет факта, что сила действующая на диполь прямо пропорциональна градиенту поля? Градиент ноль - сила ноль. Зубцы увеличивают градиент.

[ArtDen]

Полистал книгу Буля О.Б. и посчитал в программе. Не уверен, что правильно. Результат следующий. Без пропилов - 260 ньютонов. С пропилами - 203 ньютона.

Вот картинки с результатами:

(Оффтоп)

Без зубцов


С зубцами

Сверху там железная пластина (она зелёная, т.к. это выделенный блок при расчёте силы). Для неё измеряется сила. Снизу - два неодимовых магнита с магнитопроводом.

-- 01.05.2015, 20:11 --

Вот файлы с проектами: http://rghost.ru/7PYHBnPvk

-- 01.05.2015, 20:14 --

Отвлекли от основной работы, понимаешь. Заставили моделированием заниматься...

[venco]

Denis Russkih в сообщении #1009959 писал(а):

venco в сообщении #1009956 писал(а):

Denis Russkih в сообщении #1009950 писал(а):

Или я просто неправильно рисую? :)

Там наверняка чередование полюсов на зубчиках.

В том-то и дело, что там нет чередования полюсов, это всё один сплошной полюс с зубчиками.

Т.е. хуже, чем я думал, ведь с одним полюсом потерь больше.
Можно было хотя бы сделать левую и правую половину каждого набора зубчиков разными полюсами с магнитопроводом в статоре. Тогда магнитное поле замыкалось бы по короткому пути внутри шестерёнки.

Кстати, понятно зачем зубчики шаговому двигателю - они фиксируют положение. А вот зачем это ставить на обычный двигатель - не понятно, только лишние потери.

[Aetherius]

Pphantom в сообщении #1009996 писал(а):

И желательно все же обращать внимание на ответы, а не упирать на то, что это "новое физическое явление".

Уважаемый Pphantom! Я внимательно изучил все ответы, но так и не увидел более-менее адекватного теоретического объяснения "зубцового эффекта" до появления сообщения от Cos(x-pi/2) с теоретическими выкладками. Теперь я его вижу (как вариант). И я очень рад, что данное новое физическое явление можно рассчитывать по старым формулам (пускай даже и приближённо). Поэтому выражаю персональную благодарность Cos(x-pi/2)!

Однако остаётся невыясненным вопрос с КПД такого электромагнита (электродвигатели я пока что не трогаю — с электромагнитом бы разобраться). Но поскольку любые обсуждения, связанные КПД, как я понял, являются "лженаучными", я, пожалуй оставлю этот вопрос в стороне и попробую задать его на более адекватном форуме.

P.S.
Приношу извинение за публикацию "лженаучной ссылки" — не знал, что она "лженаучна". Раз нельзя ссылку, скажу словами: статья "Расчёт КПД вечных двигателей" (гугл в помощь) — там, в принципе, всё описано, как правильно рассчитывать КПД "сверхъединичных" устройств — так, чтобы он никогда не превышал единицы и, соответственно, не вызывал подозрений в "лженаучности" того или иного реально работающего устройства (например, теплового насоса с КПД 300%).

[Munin]

ArtDen в сообщении #1009999 писал(а):

А данный эффект (если он существует) как-то связан с магнитными доменами?

Не знаю. Если существует, то может быть связан, а может быть не связан. А может и вообще не существовать.

drug39 в сообщении #1010001 писал(а):

Имеется равномерно намагниченный вдоль своей оси круговой усеченный конус с углом полураствора $\alpha$, расстояния от вершины конуса до его оснований $h_1$ и $h_2$. Найти индукцию магнитного поля в вершине. Получить можно величину стремящуюся к бесконечности, что невозможно для бруска (на оси) или шара.

Ну, я боюсь, это при каких-то ошибках вычисления.

Либо при: намагниченности не вдоль оси, а вдоль прямых, проходящих через вершину; $\wedge$ при $h_1\to 0.$

Иначе, я полагаю, магнитное поле в вершине может быть больше, чем где-либо в конусе, но не бесконечным.

[Aetherius]

ArtDen в сообщении #1010016 писал(а):

Полистал книгу Буля О.Б. и посчитал в программе. Не уверен, что правильно. Результат следующий. Без пропилов - 260 ньютонов. С пропилами - 203 ньютона.

А эксперимент ставить пробовали? Ваша программа считает не правильно.

venco в сообщении #1010022 писал(а):

Кстати, понятно зачем зубчики шаговому двигателю - они фиксируют положение. А вот зачем это ставить на обычный двигатель - не понятно, только лишние потери.

Затем, что это увеличивает магнитный поток при тех же энергозатратах. Об этом, собственно и статья, и в этом, собственно, и открытие.

[AlexDem]

ArtDen в сообщении #1010016 писал(а):

Сверху там железная пластина (она зелёная, т.к. это выделенный блок при расчёте силы). Для неё измеряется сила. Снизу - два неодимовых магнита с магнитопроводом.

А можно взять магниты послабже? Нашёл тут такую ссылку:

Цитата:

тот же магнитный поток проходит через меньшее сечение и тем самым индукция магнитного поля увеличивается вплоть до величины насыщения металла. с изначально сильными магнитами, например неодиевыми, такой фокус не пройдет, у них уже изначально индукция 1.2-1.3Тл, больше чем индукция насыщения большинства ферромагнетиков, поэтому приставленный железный конус усиления поля не даст

о том как поступают магнитопроводы с магнитным потоком можно посмотреть в программах расчета магнитостатики, elcut например.

превышать по величине магнитного поля неодимовый магнит он не может. другое дело за счет формы магнитнопровода можно сделать поле той же величины гораздо неравномернее, а именно неравномерность магнитного поля, то под каким углом оно расходится в стороны определяет силу притяжения. можно сделать силу притяжения слабым полем сильнее чем сильным. но при этом крутящий момент для компаса (который как раз реагирует на силу магнитного поля а не на его расходимость) будет слабже

например вы стоите в центре гигантского километрового соленоида с огромной мощностью поля. ввиду его больших размеров, поле его практически однородно, линии направлены вертикально вверх в точке где вы стоите. если у вас в руках магнит, то он практически не будет притягиваться к соленоиду, а вот развернуть его у вас не хватит сил

[Pphantom]

Aetherius в сообщении #1010026 писал(а):

И я очень рад, что данное новое физическое явление можно рассчитывать по старым формулам (пускай даже и приближённо).

Aetherius в сообщении #1010026 писал(а):

Приношу извинение за публикацию "лженаучной ссылки" — не знал, что она "лженаучна". Раз нельзя ссылку, скажу словами: статья "Расчёт КПД вечных двигателей" (гугл в помощь) — там, в принципе, всё описано, как правильно рассчитывать КПД "сверхъединичных" устройств — так, чтобы он никогда не превышал единицы и, соответственно, не вызывал подозрений в "лженаучности" того или иного реально работающего устройства (например, теплового насоса с КПД 300%).

Aetherius - предупреждение за агрессивное невежество.

И не надо злоупотреблять выделением жирным шрифтом.

[ArtDen]

Aetherius в сообщении #1010030 писал(а):

Ваша программа считает не правильно

Аргументы? Я выложил проект для программы для расчётов. Каждый может скачать и проверить.

[Xey]

Не надо бы в пургаторий. Недавно был вопрос о связи силы магнита с индукцией. Ответа кажется не было. А тут он есть, да ещё с пояснением , как можно увеличить силу применением концентратора.
Кто разбирал динамик , видел большое сечение магнита и сужающийся железный магнитопровод. А здесь эти пропилы (то же самое сужение) ввели в замешательство.

Cos(x-pi/2) в сообщении #1009992 писал(а):

Имхо, увеличение силы магнитного притяжения между плоскими торцами при уменьшении их площади в грубом приближении объясняется так.

Сначала оценим энергию $U$ магнитного поля $B$ в зазоре малой толщины $d$ между двумя торцами с площадью каждого $S$ (постоянный множитель $1/8 \pi$ для краткости не пишу):

$U=B^2Sd$ .

Тогда величина силы притяжения $F,$ равная производной от энергии по ширине зазора, есть:

$F = B^2S$ .

Теперь рассмотрим, как изменится эта сила, если уменьшить площадь торцов от большого значения $S_1$ до меньшего значения $S_2,$ в предположении, что в обоих случаях через зазор проходит один и тот же магнитный поток $\Phi:$

$\Phi=B_1S_1=B_2S_2$ .

Отсюда находим отношение значений магнитного поля в обоих случаях ($B_1$ - поле между торцами с большей площадью, $B_2$ - поле между торцами с меньшей площадью):

$\dfrac{B_2}{B_1}=\dfrac{S_1}{S_2}$ .

И подставляем это в выражение для отношения сил:

$\dfrac{F_2}{F_1}=\dfrac{B_2^2S_2}{B_1^2S_1}=\dfrac{S_1}{S_2}$ .

Таким образом, в этой модельной оценке сила увеличилась во столько раз, во сколько раз уменьшилась площадь торцов (при неизменном магнитном потоке).

[ArtDen]

AlexDem
Да, скорее всего это связано с магнитным насыщением. Кстати, таким образом программа косвенно учитывает магнитные домены за счёт зависимости "магнитная индукция -> магнитная проницаемость материала". Можно попробовать менее мощный магнит. Сейчас чай попью и проверю

[Aetherius]

ArtDen в сообщении #1010034 писал(а):

Аргументы? Я выложил проект для программы для расчётов. Каждый может скачать и проверить.

Проверить что? Расчёты программы? Или то, как оно происходит на самом деле? Агрументы очень простые: эксперимент. У Вас есть доступ к электромагниту и токарным работам? Если нет, то сами Вы это никак не проверите. Но можете попросить кого-нибудь из знакомых. Есть ли у Вас кто-нибудь, кто может поставить эксперимент? Или сейчас всё уже только в программах считают?

[venco]

Aetherius в сообщении #1010030 писал(а):

Затем, что это увеличивает магнитный поток при тех же энергозатратах. Об этом, собственно и статья, и в этом, собственно, и открытие.

Ну это то как раз и неправда.
Но я догадываюсь, что могло навести на такую возможность экспериментатора. Зубчики таки увеличивают поперечную силу (естественно за счёт повышенного расхода энергии питания). Это происходит из-за того, что малый поворот ротора приводит к большему, чем обычно, разрыву магнитного потока, когда зубчики статора и ротора перестают совпадать. Т.е. улучшается поперечная фиксация, что как раз и нужно шаговому мотору.

[ArtDen]

Aetherius в сообщении #1010041 писал(а):

Проверить что? Расчёты программы? Или то, как оно происходит на самом деле?

Я предлагаю проверить модель. Чтобы понять, адекватна ли она задаче. Судя по результатам, некая адекватность есть (см. замечание AlexDem про магнитное насыщение железа, оно там присутствует, что результаты и показали)

Aetherius в сообщении #1010041 писал(а):

Агрументы очень простые: эксперимент.

Я все данные для расчётов и проверки выложил. А у вас пока что голые утверждения и отсканированное художественное произведение, в котором расписывается некий зубцовый эффект. Так покажите как вы всё это измеряли. Запишите видео, сделайте фото и т.д.

[Aetherius]

ArtDen в сообщении #1010045 писал(а):

Я предлагаю проверить модель.

А я предлагаю проверить реальную физическую систему. Разницу чувствуете?

ArtDen в сообщении #1010045 писал(а):

Я все данные для расчётов и проверки выложил. А у вас пока что голые утверждения и отсканированное художественное произведение, в котором расписывается некий зубцовый эффект. Так покажите как вы всё это измеряли. Запишите видео, сделайте фото и т.д.

Вы меня, видимо, не правильно поняли. Перед тем, как создавать данную тему, я провёл реальный эксперимент, но не нашёл ему теоретического объяснения. Поэтому я решил создать тему на этом научном (хотелось бы верить) форуме с тем, чтобы получить теоретическое объяснение сего эффекта у физиков. Если Ваши познания в данной области физики ограничены уровнем пользователя программы, я не думаю, что Вы мне можете чем-то помочь. Программой я пользоваться и сам умею, поверьте.