Spis treści
Pojedynczy dysk Faradaya
Grzałka - obciążenie dysku Faradaya
Szeregowy generator Faradaya
Dla konstruktorów i fizyków doświadczalnych
Pojedynczy dysk Faradaya
O dysku Faradaya wiadomo, że jest to urządzenie efektowne, ale niepraktyczne. Dysk, po nadaniu mu obrotowego ruchu za pomocą zewnętrznego źródła energii mechanicznej, może wytwarzać prąd o dużym natężeniu, ale o małym napięciu. Może być źródłem elektrycznej energii o dużej mocy. Ale małe napięcie elektryczne niezwykle utrudnia wykorzystanie tej dużej mocy dysku. Energię dysku można porównać do energii słabego wiatru. Aby wykorzystać energię takiego wiatru, trzeba by zbudować potężny wiatrak i od niego odbierać energię mechaniczną. Podobnie, do współpracy z takim generatorem - pojedynczym dyskiem Faradaya - należałoby budować potężne elektryczne silniki albo np. potężne grzałki elektryczne. Bo to jest potrzebne w celu zminimalizowania rezystancji odbiornika energii.
Grzałka - obciążenie dysku Faradaya
Można to rozpatrzyć na przykładzie grzałki o mocy 500 W, która jest zasilana stałym napięciem 20 V. Moc takiej grzałki jest wprost proporcjonalna do kwadratu napięcia, jakim jest ona zasilana, i odwrotnie proporcjonalna do jej rezystancji. Zatem jeśli grzałka o mocy 500 W, która w normalnych warunkach jest zasilana napięciem 20 V, będzie podłączona pod napięcie 1 V, które pochodzi z dysku Faradaya (a najczęściej dyski produkują znacznie niższe napięcia), to popłynie przez nią 20-krotnie mniejszy prąd. Bo zgodnie z prawem Ohma wartość przepływającego przez grzałkę prądu jest wprost proporcjonalna do napięcia i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji, czyli I=U/R.*1) Tak więc, 20-krotne zmniejszenie napięcia i 20-krotne zmniejszenie natężenia prądu jest jednoznacznie z 400-krotnym zmniejszeniem mocy, z jaką będzie pracowała grzałka. Bo wydzielanie energii cieplnej przez grzałkę będzie odbywało się z mocą równą P=U*I.
Aby przy napięciu 1 V grzałka pracowała z poprzednią mocą 500 W, należałoby 400-krotnie zmniejszyć rezystancję tej grzałki. Grzałka, która przy napięciu 20 V pracuje z mocą 500 W, ma rezystancję R=(U^2)/P=400/500= 0,8Ω. Podczas pracy grzałki płynie prąd I=U/R=20/0,8=25 A. A gdy taką grzałkę zasilić napięciem 1 V, to popłynie 20-krotnie mniejszy prąd, czyli 25A/20=1,25A. Wtedy grzałka będzie pracowała z mocą 1,25 W, czyli z 400-krotnie mniejszą mocą, aniżeli przy jej zasilaniu napięciem 20 V.
Aby wykorzystać prąd z dysku Faradaya i przy tym osiągnąć moc 500 W, należałoby wykonać grzałkę z drutem oporowym, na przykład, o podobnej długości, jak w grzałce o mocy 500 W, ale mającym 20-krotnie większą średnicę.
Szeregowy generator Faradaya
Opinię o małej przydatności dysku Faradaya można naprawić, jeśli połączy się ze sobą szeregowo wiele dysków. Takie urządzenie, nazwane szeregowym generatorem Faradaya, może składać się z obudowy oraz rotora. Schematyczny obraz rotora jest przedstawiony na poniższym rysunku.
Urządzenie, posiadające rotor w postaci wielu szeregowo połączonych ze sobą dysków Faradaya, pozwala na wielokrotne zwiększenie generowanego napięcia. Skonstruowanie sprawnie działającego generatora Faradaya jest sprawą przyszłości. Bo wpierw trzeba będzie przeprowadzić wielu badań. Ustawione względem siebie szeregowo dyski Faradaya są cylindrycznymi magnesami. A sąsiadujące ze sobą magnesy mają przeciwnie skierowane względem siebie bieguny magnetyczne. Zatem badanie takiej konstrukcji musi dotyczyć parametrów magnesów oraz odległości między sąsiednimi magnesami w szeregu. Bo w szeregowym generatorze najbardziej korzystna byłaby jak najmniejsza odległość między magnesami w szeregu. Ale jednocześnie powinna to być taka odległość, przy której magnesy w maksymalnym stopniu zachowują swoje magnetyczne zdolności. Bo tylko wówczas szeregowy dysk Faradaya będzie miał parametry wyjściowe, które umożliwią ekonomiczną zamianę energii mechanicznej na energię elektryczną.
Dla konstruktorów i fizyków doświadczalnych
Przedstawiony "szeregowy generator Faradaya" jest wstępnym zarysem, który może być podstawą do opracowania konstrukcji działającego urządzenia. Na początku to urządzenie powinno być wykonane w kilku wersjach, które stanowiłyby podstawę do badań. Dopiero na podstawie wyników przeprowadzonych badań będzie można skonstruować ostateczną wersję szeregowego generatora Faradaya, nadającego się do produkcji energii elektrycznej.
________________________________
*1) Oznaczenia: I - natężenie elektrycznego prądu; U - elektryczne napięcie; R - rezystancja;
Bogdan Szenkaryk "Pinopa"
Polska, Legnica, 2020.07.02.
