Магнитный аккумулятор

[Munuvonaza]

Интересует следующий вопрос - в чем причина теоретической и/или практической невозможности использования постоянного магнита, как накопителя энергии aka аккумулятора, для использования его энергии для выполнения полезной работы, пока магнит собственно не размагнитится?

Вопрос сложно загуглить, поскольку попадаются либо обсуждения ненаучных вечных двигателей на магнитах, либо вообще что-то не связанное с темой. Но суть следующая - постоянный магнит в намагниченном состоянии и размагниченном состоянии чем-то отличается, и скорее всего, накопленной энергией. Очевидно что вечный двигатель невозможно ни на магнитах, ни на каких-то еще средствах, но в чем принципиальная проблема двигателя, который бы использовал энергию намагниченности, и который бы работал медленее и медленее, пока магнит окончательно не размагнитится - по аналогии, как обычный электрический аккумулятор

В каком бы формате хотелось получить ответ на вопрос - на примере другого вопроса, не связанного с темой - почему невозможен левитирующий магнит. Статья дает отличное объяснение https://habr.com/en/articles/280216/ , которое при простом пересказе сводится к тому, что седловая точка это точка неустойчивого равновесия, и в макромире нереально разместить магниты так, чтобы один не начал получать ускорение для смещения

Возвращаяся к оригинальному вопросу, есть пара догадок но хотелось бы получить объяснение в двух словах, по аналогии с предыдущим примером. Повторюсь, вопрос про левитирующий магнит никак не связан с оригинальным вопросом, это просто пример категории ответа, который хотелось бы получить

Идеи догадок, скорее всего мимо цели:
- Энергия постоянного не совсем настоящая энергия, и ее нельзя пустить на полезную работу. Тем не менее, хорошим магнитом в намагниченном можно притянуть железный шар, т.е. выполнить работу, а ненамагниченным нельзя
- Запасенная энергия постоянного магнита слишком маленькая - если попробовать сделать на нем двигатель, но магнит мгновенном размагнитится, и его не хватит даже на один цикл работы
- Запасенная энергия постоянного магнита обладает свойством, чем-то аналогичным внутреннему сопротивлению источника ЭДС, и при попытке вытащить эту энергию, это "внутренее сопротивление" устремляется к бесконечности, и энергия остается на месте

Заранее большое спасибо!

[sergey011235]

признаюсь честно, я не физик, я простой обыватель, но ваш вопрос меня заинтересовал, так что выскажу пара мыслей которые у меня возникли, а другие участники форума пусть скажут насколько они бредовые.

начну с того что в магните наверняка запасена какая то энергия, и раз магниты размагничиваются, то она должна куда то деваться. скорее всего эта энергия запасается в магнитном поле при упорядочивание магнитных доменов в материале магнита, а при размагничивание эта накопленная энергия переходит в тепло, и возможно какое то электромагнитное излучение. из чего следуют два способа получения энергии из магнита.

первый, это нагреть его до точки кюри когда из за теплового движения частиц вещества домены магнита начинают самостоятельно хаотически менять своё направление из за чего магнит размагнитится и запасённая в нём потенциальная энергия магнитного поля перейдёт в дополнительное тепло которое можно будет использовать в тепловом двигателе.

вторая, ну, не уверен что тут есть чёткая связь с излучением... в общем, при размагничивание происходит изменение магнитного поля, следовательно в переменном магнитном поле должна возникать эдс индукции, значит магнит можно обмотать катушкой и по мере размагничивания в ней будет возникать ток.

ну и до кучи могу порекомендовать вам почитать про нейтронные звёзды и в частности магнитары, а если ещё точнее про то как магнитары и отчасти нейтронные звёзды теряют энергия своего магнитного поля по мере их умирания. может быть вы найдёте там ответ на свой вопрос, но не могу этого гарантировать...

-- 30.04.2024, 22:57 --

добавлю про использование магнитов в качестве аккумуляторов, скорее всего причина не использования их на практике в том что в них очень сложно запасти энергию, и кпд у такова аккумулятора довольно низкий, но могу ошибаться.

будет интересно почитать что об этом думают другие)

[sergey011235]

из любопытства задал этот вопрос ChatGPT, она дала по сутит тот же ответ что и я, только про использование тепла в двигателе она не подумала, зато вспомнила про магнитострикцию.
вот её полный ответ если интересно:

Цитата:

Использование энергии размагничивания: тонкости и ограничения

Вы правы, для намагничивания материала требуется затратить энергию. Эта энергия "запасается" в магнитном поле. При размагничивании энергия поля высвобождается. Вопрос в том, можно ли эту энергию эффективно использовать для полезной работы и создать своего рода "магнитный аккумулятор"?

Теоретические возможности:
Индукция тока: При изменении магнитного поля (включая размагничивание) в проводнике, находящемся в этом поле, индуцируется электрический ток. Это принцип работы генераторов и трансформаторов.
Магнитострикция: Некоторые материалы изменяют свою форму и размеры под воздействием магнитного поля. Это явление может быть использовано для преобразования энергии магнитного поля в механическую.

Практические ограничения:

Низкая энергоэффективность: Процесс размагничивания, как правило, необратим и сопровождается потерями энергии в виде тепла.
Сложность управления: Контролируемое размагничивание и повторное намагничивание для создания цикла зарядки/разрядки технически сложно и требует дополнительных затрат энергии.
Ограниченная ёмкость: Количество энергии, запасенной в магнитном поле, относительно невелико по сравнению с другими видами аккумуляторов (химическими, например).

Сравнение с традиционными аккумуляторами:

Химические аккумуляторы: Обладают большей энергоёмкостью, более эффективны и управляемы.
Конденсаторы: Могут быстро заряжаться и разряжаться, но имеют меньшую ёмкость, чем аккумуляторы.

Смысл использования магнитов как аккумуляторов:

На сегодняшний день использование магнитов в качестве основного накопителя энергии не имеет практического смысла из-за низкой эффективности и сложности управления. Однако, магнитные материалы играют важную роль в различных технологиях преобразования и хранения энергии, например:

Гибридные автомобили: Используют магниты в электродвигателях и генераторах.
Системы накопления энергии: Магниты используются в некоторых типах маховиков для хранения энергии.

Вывод:

Использование энергии размагничивания для полезной работы возможно, но пока что нецелесообразно из-за ряда технических ограничений. Магниты, тем не менее, играют важную роль в различных энергетических технологиях.

[Mihr]

Если речь идёт о магните, как составной части двигателя, то вопрос поставлен некорректно. Магниты в качестве составной части двигателя используются. (Я в детстве разломал немало таких двигателей, так что утверждаю это вполне ответственно ). Но, конечно, в этих двигателях не происходит преобразование энергии магнитного поля в механическую. В них энергия источника тока (химическая) преобразуется в конечном счёте в механическую.
Если же речь о постоянном магните, как источнике энергии для работы двигателя, то это уже совсем другой вопрос. Отличительная черта двигателя - цикличность его работы. Конечно, если Вы сумеете предложить механизм, который, работая циклично, постепенно размагничивал бы постоянный магнит и за счёт этого совершал бы работу, то это и будет проект "двигателя на постоянном магните". Только вот практического значения он, скорее всего, иметь не будет: во-первых, энергия запасённая в куске намагниченного железа, вряд ли может быть настолько велика, чтобы её можно было использовать для практических нужд (скажем, чтобы качать воду из скважины). А во-вторых, такой двигатель должен быть довольно хитро устроен (с ходу мне вообще трудно представить, как его можно было бы реализовать).

[Theoristos]

Munuvonaza: ответ довольно прост. Энергия там действительно запасена в магнитном поле, её [частично] вполне можно "извлечь", но той энергии на самом деле довольно скромные количества, и с более-менее полным извлечением - тоска.

Вобщем,
никаких "кладём магнит в зажимы Таинственного Устройства и получаем батарейку для лампочки" не будет.
Скорее аналог разряда конденсатора - "тыкаем заряженным конденсатором в клеммы и получаем 'миг' лампочки",
только не с простым "тыканием", а заметно большим геморроем с катушками.

[sergey zhukov]

Munuvonaza
По крайней мере точно известно, что энергию электромагнита (обыкновенной катушки индуктивности) можно использовать. Ее легко подсчитать, она не велика. Существуют, правда, сверхпроводящие индукционные накопители энергии, специально созданные для очень сильного магнитного поля. Постоянным магнитам до них далеко.

Т.е. магнитное поле (как и электрическое поле) в пространстве само по себе имеет известную энергию. Энергию электрического поля мы запасаем в электрических конденсаторах, а энергию магнитного поля - в катушках индуктивности (лучше - с сердечником).

Сердечник может быть сделан из магнитомягкого и магнитожесткого материала. В магнитомягких материалах "маленькие внутренние элементарные магнитики" вращаются легко, как на смазанных подшипниках. Включили внешнее поле - они все ориентировались вдоль него. Выключили поле - они ориентировались хаотично. Такие материалы используются в катушках индуктивности, они не сохраняют намагниченность. А в магнитожестких материалах эти магнитики вращаются с большим трудом, "со скрипом", с трением, они цепляются друг за друга. Если такой материал намагнитить (тоже нужно постараться), то он не может размагнититься. Из таких материалов делают постоянные магниты. Если бы такой магнит внезапно размагнитился (скажем, при нагреве выше точки Кюри), то энергии из него можно было бы получить не больше, чем из магнитомягкого сердечника.