Эффект Губера

[triod]

Видео про двигатель Милроя http://pleskov.com/?p=1006.
Хотелось бы узнать на каком принципе он работает? И есть ли теоретическое обоснование его работы?

[anik]

У меня есть собственные соображения по принципу работы этого двигателя, только я не знаю, насколько они покажутся убедительными для других.
На мой взгляд, дело здесь в тепловом расширении материала шарика вдоль направления по которому идёт ток. Ток идет через шарик в радиальном направлении подшипника от тех точек, где шарик контактирует с обоймами.
Если шарик с однородной температурой имеет форму шара, то при протекании по нём тока, его форма становится похожей на эллипсоид вращения, у которого большая ось совпадает с направлением тока (проходит через точки касания шарика с обоймами).
Если не задать предварительного вращения, то система симметрична. При начальном толчке, большая ось эллипсоида несколько повёрнута относительно радиального направления. Это происходит потому, что сначала через точки контакта шарика идёт ток, а расширение материала шарика в направлении тока несколько запаздывает. В этом случае шарик при своём расширении сдвигает обоймы подшипника в противоположные стороны, т.к. он расширяется не в радиальном направлении, а с некоторым перекосом.

[triod]

Возможно здесь имеет значение совокупность эффектов.Каждый из которых по отдельности может быть хорошо изучен, но как они проявляют себя совместно никому не известно.

anik в сообщении #684282 писал(а):

Это происходит потому, что сначала через точки контакта шарика идёт ток, а расширение материала шарика в направлении тока несколько запаздывает. В этом случае шарик при своём расширении сдвигает обоймы подшипника в противоположные стороны, т.к. он расширяется не в радиальном направлении, а с некоторым перекосом.

Но ведь обоймы тоже расширяются!Это возможно только при условии, что шарики и обойма изготовлены из материалов с разным коэффициентом теплового расширения.Насколько мне известно, подшипники изготавливают из одного материала.
При очень большом токе возможно заклинивание подшипников из-за расширения шариков.

Хотя вполне возможно имеет место некоторая неравномерность расширения.Шарики расширяются быстрее, чем обойма (вследствии охлаждения)

[VPro]

anik в сообщении #684282 писал(а):

У меня есть собственные соображения по принципу работы этого двигателя, только я не знаю, насколько они покажутся убедительными для других.
....

Думаю, что Вы правы.

Лет 25 назад у нас в нашу лабораторию принесли действующую модель этого двигателя. Принес человек. который самостоятельно изобрел этот двигатель и даже получил на него авторское свидетельство. Модель стоит до сих пор и до сих пор работает. Мы его назвали ТЭД -теплоэлектродвигатель. Исследуя это явление, мы заметили следующее:
1) Мощность двигателя зависит от материалов подшипников и обоймы, размеров конструктивных элементов, количества подшипников, величины силы тока, электрического сопротивления в зоне контакта шариков с обоймой и скорости отвода тепла.
2)Эффект не зависит от характера тока (постоянный, переменный) и его частоты.
3) Для запуска двигателя требуется приложить небольшой пусковой момент, причем направление вращения зависит только от направления пускового момента.
4) ТЭД обладает весьма низким коэффициентом полезного действия (КПД).
5) При принудительном охлаждения обоймы КПД растет. При уменьшении числа шариков - тоже. Самый эффективный двигатель имел подшипники из 3 хорошо подогнанных шариков.
6) В вакууме двигатель быстро останавливается - нет теплоотвода.

Мы пришли к выводу, что ТЭД является тепловой машиной: В зоне контакта шарика с обоймой ударным образом выделяется тепло, которое приводит к термоупругим колебательным процессам в зоне контакта, за счет чего появляется толкающий момент.

Была разработана физическая теория ТЭД, объясняющая эффект, математическая модель, связывающие величину рабочего момента с параметрами тока, конструктивными и эксплуатационными параметрами. Составлена система дифференциальных уравнений, описывающая поведение ТЭД. Результаты расчетов в целом согласуются с имеющимися экспериментальными наблюдениями.
На основе изучения ТЭД предложены принципы создания электрических двигателей, имеющих те же конструктивные особенности, но использующие для создания полезного момента не тепловую энергию, а пьезоэлектрический и магнитострикционный эффекты.

После чего все это благополучно заглохло: закончилась перестройка и СССР.

[anik]

Спасибо, что не поленились написать положительный отзыв.

[triod]

Ещё одна интересная версия, о природе крутящего момента в двигателе Милроя.http://yadi.sk/d/PADxMFJQ2dY4v

[triod]

VPro в сообщении #684592 писал(а):

6) В вакууме двигатель быстро останавливается - нет теплоотвода.

Интересно, а как его в вакууме запускали?

[VPro]

triod в сообщении #684799 писал(а):

VPro в сообщении #684592 писал(а):

6) В вакууме двигатель быстро останавливается - нет теплоотвода.

Интересно, а как его в вакууме запускали?

Вот Вам выдержка из статьи "ЭФФЕКТ ГУБЕРА И ЛЕТАЮЩИЕ ТАРЕЛКИ" ("Наука и Жизнь" 1991 №7). В ней, кстати предлагается еще один принцип работы двигателя - электроискровой.

Цитата:

На несовершенство обеих гипотез — и электродинамической, и тепловой — обратили внимание сотрудники Московского энергетического института К.М. Поливанов, А.В.Нетушил и Н.В Татаринова. Они провели множество экспериментов с различными системами, в которых возникает эффект Губера, и выдвинули новую гипотезу: причина движения — электрическая искра, проскакивающая между катящейся деталью (колесом, шариком) и направляющей (рельсом, кольцом). Дело в том, что искровой разряд при качении несимметричен — он возникает главным образом позади точки касания. Мгновенно нагревая воздух в узком зазоре между металлическими деталями, искра вызывает резкое повышение давления, толкающее колесо или шарик вперед. Кроме того, при искровом разряде с поверхности металла вырываются потоки ионов и электронов, и реактивная сила их отдачи также способствует движению колес или подшипника. В общем, системы, в которых проявляется эффект Губера — это искровые или, говоря современным языком, плазменные двигатели. Чтобы доказать справедливость своей гипотезы, Moсковские ученые поставили несложный опыт — поместили двигатель Мильроя под вакуумный колпак. Когда воздух был из-под него откачан, двигатель остановился. Никаких проявлений эффекта Губера в вакууме обнаружить не удалось. Это достаточно убедительно говорит о роли искрового разряда, возникающего в воздушной среде. Ведь на электродинамические силы откачка воздуха практически не влияет, а тепловые эффекты в вакууме, когда уменьшается тепло отдача от нагретой поверхности, могут только возрасти. Группа профессора Поливанова закончила исследования еще в 1971 году и об их результатах опубликовала небольшую статью в специальном журнале.

Следует заметить, что довод "тепловые эффекты в вакууме, когда уменьшается тепло отдача от нагретой поверхности, могут только возрасти" здесь неубедителен. Как только из тепловой машины перестают отводить тепло, она останавливается. Поэтому я - по прежнему сторонник тепловой теории.

[triod]

VPro в сообщении #684809 писал(а):

Цитата:

Moсковские ученые поставили несложный опыт — поместили двигатель Мильроя под вакуумный колпак. Когда воздух был из-под него откачан, двигатель остановился.

VPro спасибо, как я сразу не сообразил.Под колпак был помещён уже работающий двигатель.

[anik]

Идея об электроискровом принципе работы двигателя Губера несостоятельна, поскольку нет причин для возникновения искры. Бондажи колёсной пары всегда касаются рельсов. Чтобы в зоне контакта возникла искра (электрический пробой газового промежутка), необходимо этот контакт разорвать. В зоне контакта колёс с рельсами сопротивление цепи максимально, т.к. мала площадь контакта, но падения напряжения на участке контакта всё равно недостаточно для пробоя газового промежутка рядом с зоной контакта.
А вот выделение тепла в зоне контакта будет максимально, по сравнению с другими участками электрической цепи, потому, что там сопротивление току гораздо выше. В результате этого выделения тепла на самой рельсе возникает возвышенность в зоне контакта. На окружности колеса тоже возникает некоторый горб, в результате ц.м. колёсной пары несколько поднимается. Если пару толкнуть, то она скатится с этой возвышенности.
В дальнейшем, эта волна деформации распространяется за движущейся колёсной парой, заставляя её все время скатыватся с этой волны.

[triod]

Мне почему-то кажется, что одного эффекта теплового расширения будет недостаточно, для возникновения крутящего момента.Неплохо было бы провести какую-то количественную оценку.

[anik]

В этом был бы смысл, если бы эффект Губера имел бы какое-то практическое значение. КПД такого устойства мизерное, и оно представляет из себя только забавный и любопытный факт.
Если Вам не лень, займитесь рассчётами.

[VPro]

triod в сообщении #684874 писал(а):

Мне почему-то кажется, что одного эффекта теплового расширения будет недостаточно, для возникновения крутящего момента.Неплохо было бы провести какую-то количественную оценку.

Достаточно. Я уже писал выше:

Цитата:

Была разработана физическая теория ТЭД, объясняющая эффект, математическая модель, связывающие величину рабочего момента с параметрами тока, конструктивными и эксплуатационными параметрами. Составлена система дифференциальных уравнений, описывающая поведение ТЭД. Результаты расчетов в целом согласуются с имеющимися экспериментальными наблюдениями.

Расчеты, выполненные для стального подшипника, соответствовали наблюдениям. К сожалению, это было почти 3 десятка лет назад и сейчас по памяти я не могу привести подробности. Нужно порыться в своих архивах, если, конечно, что-то осталось.

-- Вс фев 17, 2013 13:37:18 --

anik в сообщении #684872 писал(а):

Идея об электроискровом принципе работы двигателя Губера несостоятельна, поскольку нет причин для возникновения искры. Бондажи колёсной пары всегда касаются рельсов. Чтобы в зоне контакта возникла искра (электрический пробой газового промежутка), необходимо этот контакт разорвать. В зоне контакта колёс с рельсами сопротивление цепи максимально, т.к. мала площадь контакта, но падения напряжения на участке контакта всё равно недостаточно для пробоя газового промежутка рядом с зоной контакта.
А вот выделение тепла в зоне контакта будет максимально, по сравнению с другими участками электрической цепи, потому, что там сопротивление току гораздо выше. В результате этого выделения тепла на самой рельсе возникает возвышенность в зоне контакта. На окружности колеса тоже возникает некоторый горб, в результате ц.м. колёсной пары несколько поднимается. Если пару толкнуть, то она скатится с этой возвышенности.
В дальнейшем, эта волна деформации распространяется за движущейся колёсной парой, заставляя её все время скатыватся с этой волны.

Вы совершенно правы. При этом еще нужно учесть, что этоти горбики (на шарике и обойме) возникает как динамический ударный процесс в результате практически мгновенного подвода тепла. И мы имеем упругие колебания в зоне контакта и шарика и обоймы с амплитудами вдвое большими, чем соответствующие статические значения. В промежутке времени до наката следующего шарика происходит остывание этой зоны контакта и мы имеет классическую тепловую машину с нагреванием и охлаждением рабочего тела.

[triod]

А как зависит крутящий момент от расстояния между подшипниками (длины оси) и зависит ли вообще?
От диаметра подшипников?

[VPro]

triod в сообщении #684965 писал(а):

А как зависит крутящий момент от расстояния между подшипниками (длины оси) и зависит ли вообще?
От диаметра подшипников?

От расстояния между подшипниками момент естественно не зависит. Вал здесь выступает как проводник и только. У меня прекрасно работала модель с одним подшипником и щеткой (токосъемником) на валу.