Postanowiłem że nie będę pisał nowej notki, tylko zrobię aktualizację tej. Myślę że to będzie lepsze dla tematu.
Błędy w poznawaniu naszego świata to naturalny element poznania. Doświadczam tego dość często. Poprzednia notka była pewnym wprowadzeniem. Starałem się coś pokazać, ale się chyba nie udało. Czytelnicy odnieśli wrażenie że chodzi o ruch po okręgu. Mi tym czasem chodziło o to że jest problem ogólny z polami. Mianowicie cząstka próbna w polach (elektrycznym, magnetycznym, czy grawitacyjnym) nie zmienia swojej energii. ta zmiana jest tylko złudzeniem związanym z parametrami ukrytymi. Pierwszy przykład z ruchem elektronu pomiędzy okładkami kondensatora. Identyczny problem uzyskamy przy ruchu elektronu w polu magnetycznym. Jak dobrze wymodelujemy pole grawitacyjne, to możemy teoretycznie wskazać taki sam przypadek.
Jak to więc jest z tą energia pola. Czy te pola w ogóle posiadają jakąkolwiek energię? Jeśli tak, to jak ja badać? Cząstka próbna wydaje się złą drogą. Pokazałem więc przypadek dwóch magnesów płaskich (płytkowych) sklejonych do siebie tymi samymi biegunami. Ich pole w osi poprzecznej do sklejenia zanika. Igła kompasu na nie nie reaguje. Pozostaje szczątkowe pole magnetyczne na osi wzdłuż sklejenia tych magnesów. Sytuacje pokazuje rysunek poniżej:
Pytanie jest takie: Czy w miejscach zaznaczonych na niebiesko pole przestało istnieć? Uważam że nie. Pole magnetyczne jest polem wirowym. Wystarczy wyrysować linie tego pola, by zauważyć że wektory w tych miejscach sumują się do zera. Nie oznacza to że te wektory znikają, ale że na igłę kompasu jednocześnie działają siły przeciwstawne (i równoważące się). Jeśli obrócimy magnesy tak, że sklejone będą biegunami przeciwnymi, linie pola będą się dodawać.
To pewnie żadne odkrycie. Taka wiedza jest raczej nie tajemna. Natomiast jest w tym kilka ciekawych aspektów. Mianowicie elektron w polu magnetycznym porusza się po krzywych wyznaczonych przez siłę Lorentza. Przeprowadźmy proste doświadczenie myślowe. Kawałek żelaza nie wykazuje zewnętrznego pola magnetycznego, bo domeny magnetyczne są skierowane losowo a ich pola znoszą się do zera jak na rysunku powyżej. Pominę pytanie jaka siła utrzymuje to domeny wbrew polu magnetycznemu. Zastanawiam się co się dzieje wewnątrz domeny. W jej obrębie pole magnetyczne jak najbardziej jest. Żelazo to dość dobry przewodnik prądu. Elektrony w nim poruszają się chaotycznie bez przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Czy na pewno? Przecież w domenach jest pole magnetyczne, a elektrony powinny poruszać się zgodnie z tym jak działa siła Lorentza. Inaczej mówiąc powinny istnieć prądy wirowe wewnątrz domeny magnetycznej. Oporność żelaza jednak powinna je hamować podnosząc temperaturę żelaza do czasu aż energia pola się wyczerpie. Tak sie jednak nie dzieje. Może domeny są nadprzewodnikami...albo istnieje inne zjawisko w mały skalach jakie pozwala elektronom na takich ruch (ewentualnie elektrony w domenach są nieruchome, w co wątpię).
Problem jednak narasta wraz z badaniem tego. Okazuje się że taka domenę można zrobić w skali makro (dowolnie dużej). Na kolejnym rysunku pokazana jest budowa takiej domeny:
Układ doświadczalny dość prosty. Rdzeń typowy dla magnetowodów, z miękkiego żelaza. Jednak lepiej go wykonać z jednego kawałka żelaza niż z blach transformatorowych. Kształt ma odwróconej litery U . Drugi element to zwora z tego samego materiału, jaka można swobodnie poruszać (jest to osobny element, nie związany w jakikolwiek sposób z rdzeniem cewki). Na rdzeniu nawinięta cewka.
Rysunek chyba już jasny, więc czyńmy swoją powinność. Włączamy prąd z baterii tak by zasilił cewkę. Następnie go wyłączamy. Jak wiemy, cewka zasilona prądem stałym spowoduje powstanie pola magnetycznego w rdzeniu, a przez to że ten rdzeń jest magnetowodem, to pole powstanie też w zworze. Jednak co ciekawe, pole to wcale nie znika po wyłączeniu zasilanie! Zwora trzyma nadal! Co zasila więc nasz elektromagnes gdy wyłączyliśmy prąd?
Siła jaka trzyma zworę do rdzenia jest proporcjonalna do strumienia magnetycznego jaki wytworzyła cewka, oraz dokładności przylegania ścianek rdzenia do ścianek zwory. Czyli im mniejsza szczelina, tym siła trzymająca zworę jest większa. Zapewne wszyscy spodziewamy się że zwora za chwilę odpadnie, ale nic z tego. Taka zwora potrafi trzymać naprawdę długo, a nawet podejrzewam że wcale nie puści.
Wytłumaczeniem tego zjawiska może być to, że układ jest magnetowodem zamkniętym. Pole magnetyczne w nim krąży i nigdzie nie jest wypromieniowane. Igła kompasu nie wykazuje w żadnym miejscu tego układu pola magnetycznego. To pole jest zamknięte wewnątrz rdzenia i zwory. Co jednak z wolnymi elektronami w metalu? Czy siła Lorentza na nie nie działa?
Powyższy model może być domena magnetyczna w skali makro. Jednak wtedy trzeba zauważyć że rysunki domen magnetycznych w magnetykach są błędne, bo pokazują że domeny maja pole magnetyczne skierowane losowo. Tymczasem taka domena może mieć pole magnetyczne skierowane po okręgu. Np tak:
Ta metoda rozwiązała by mój problem, jaka siła ustawia domeny tak, by ich pole magnetyczne sumowało się do zera. Klasyczne rozwiązanie jakoś do mnie nie przemawia. Na koniec materiały na podstawie jakich opracowałem tą notkę. Tylko pierwsze doświadczenie ja wykonałem osobiście. Nie widziałem sensu wykonywać tego z cewką, bo na YT jest tego od groma. Pokaże te doświadczenia, jakie zrobił nasz rodak (o bardzo fajnym usposobieniu).
Proszę sobie pooglądać, że hoho :)
Na Koniec już całkiem hardkorowa wersja:
Filmików z PMH Leedskalnina znajdziecie w necie od liku.
Mam nadzieje że notka podobała się że hoho
ps. jak widać, ciekawe doświadczenia można robić nie tylko w garażu, ale i na parkingu!
AKTUALIZACJA
Jak obiecałem, tak zrobiłem. Może nie wszyscy się spodziewali jak, ale chyba ciekawiej.
Zacznę od ostrzeżenia dla tych co by chcieli robić taki eksperyment. Proszę pamiętać że doświadczenie prowadzone jest na prądzie zwarcia akumulatora. Grozi to stopieniem przewodu i oparzeniami. Może też doprowadzić do uszkodzenia, a nawet wybuchu akumulatora. Doświadczenie na jakim się wzorowałem miało tylko 1 zwój cewki. Uznałem to za zbyt niebezpieczne i zrobiłem więcej uzwojeń. Zmniejszyłem za to grubość drutu, co nieco zwiększyło opór, a co za tym idzie bezpieczeństwo. Jednak należy pamiętać że to nadal warunki ekstremalne. Gdyby jakiś elektryk mi dobrze stłukł cztery litery za to co zrobiłem, pewnie bym mu postawił za to kilka piwek. Pamiętajcie że kabel podłączamy do aku na możliwie krótki okres czasu. Jeśli podłączycie go na kilka sekund (nawet 2-3s), to kabel może sie stopić i spalić dosłownie wam paluszki!! To ma być tylko impuls!
Doświadczenie banalnie proste, z rupieci jakie większość ludzi ma w domu (w bloku może nie, ale w markecie kupi za drobne, a aku pożyczy sobie gdzieś). Ja stosowałem klasyczne aku z UPS-a. Wala mi sie po garażu kilka. Kabel to linka miedziana 1mm o długości około 1 metra. Podstawka to płytka plastikowa (moja dokładnie była to uniwersalna płytka elektroniczna). Patyczek od loda usztywnił zwojnicę, bo sie robił pająk. Nakrętki ja miałem 14-ki (na pręt gwintowany fi 14mm). Nie ma to znaczenia, ale czym mniejsze, tym trudniej ułożyć a potem postawić zestaw. Jeśli coś jeszcze nie jasne proszę pytać.
Z racji tego że nie mam statywu do aparatu, końcówka filmu jest słabo wypośrodkowana na ekranie. Jednak co trzeba to widać. Mam nadzieje że wystarczy taki filmik.
Na koniec info z zestawu jaki wczoraj uruchomiłem. Nakrętki nadal stoją i nie uległy rozmagnesowaniu. Szczerze mówiąc jestem zaskoczony, bo obstawiałem że to musi się stać. Zestaw na filmie to drugi pakiet nakrętek. Gwoli ścisłości, sprawdzałem czy da sie je namagnesować magnesem neodymowym. Mi się nie udało. W tej notce podam jeszcze zdjęcie linii pola magnetycznego tych cudacznych nakrętek. Pozdrawiam
tagi: nauka, fizyka, pole magnetyczne
