ТЕМА:

Здравствуйте!
Обстоятельства заставили быть некоторое время вдалеке от основного оборудования, посему остальные темы пока поставлены на паузу. Однако поскольку остановка движения это гибель, то начинаем новую тему. И хотя будем работать теми ограниченными средствами, что есть в доступе, рассчитываю что Вам уважаемые зрители будет интересно.

Коротко предыстория. Некоторые коллеги по поискам развили бурную деятельность по поводу так называемых магнитных двигателей. То есть систем вращения, использующих в своем составе постоянные магниты, и основывающиеся на силовом взаимодействии статических магнитных полей. Попутно спрашивали: а что ты думаешь об этой конструкции, а вот об этой и т.д.

Что касается меня - как то раньше не доходили руки внимательно потрогать тему постоянных магнитов. И вот похоже, что сейчас самое то время. Посему - давайте тему потрогаем. Вместе с Вами. Будет ли теория - да немного и иногда не совсем соответствующая написанному в учебниках. Будет ли практика ? Безусловно да! Практики будет много. Ради этого собственно все и затеваем.

Маг-нит . Именно так - из двух слогов. Маг - слово обозначающее волшебство, волшебный. Нит - нечто неизменное, стабильное, заторможенное, законсервированное. Иными словами, магнит - законсервированное волшебство.
Чтобы подготовится к исследованиям давайте освежим необходимые базовые знания. Итак магнит является источником силового воздействия действующего на другие магниты, а также на ненамагниченные на материалы относящиеся к классу ферромагнетиков.

Как мы помним из школьного курса, все вещества по отношению к внешнему магнитному воздействию делятся на две основные группы.
Диамагнетики – магнитная проницаемость m меньше единицы и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Внешним проявлением диамагнетизма является выталкивание диамагнетиков из неоднородного магнитного поля.
К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть и др.), большинство полупроводников и органических соединений.
Парамагнетики – вещества с m больше единицы. Парамагнетики, помещенные в магнитное поле, втягиваются в него. К числу парамагнетиков относятся: кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы.
Ферромагнетики. Внутри класса парамагнетиков выделяют особый подкласс - ферромагнетики. Ферромагнетики, помещенные в магнитное поле, также втягиваются в него. К ферромагнетикам относят вещества с большой магнитной проницаемостью (до 1М), сильно зависящей от напряженности внешнего магнитного поля и температуры.
Типичные представители - железо, кобальт, никель и некторые редкоземельные элементы. В свою очередь, ферромагнитные материалы подразделяются на магнитомягкие и магнитотвердые. Отличаются они формой так называемой петли гистерезиса, и как следствие величиной потерь на перемагничивание.

Однако если не вдаваться в подробности, магнитомягкие легко намагничиваются при приложении внешнего воздействия и так же легко размагничиваются при снятии оного. Соответственно магнитотвердые материалы крайне слабо намагничиваются если внешнее воздействие не превышает некоего порога, затем, при превышении порога воздействия, резко и сильно намагничиваются, а главное, длительное время сохраняет намагниченность после полного прекращения внешнего воздействия. Вот из таких магнитотвердых материалов и изготавливаются то, что называют магнитами.

Процесс изготовления магнитов несложен. Сначала выполняют заготовку будущего магнита из соответствующего материала. Затем помещают заготовку в катушку из проводника большого сечения, рассчитанного на пропускание больших токов. После этого возбуждают в проводнике короткий импульс тока силой от нескольких десятков до нескольких тысяч ампер, в зависимости от типа изготавливаемого магнита. Проходящий по виткам катушки ток поражает вокруг себя то, что называют магнитным полем, осуществляя то самое внешнее воздействие на заготовку магнита. В результате, после окончания импульса тока, заготовка приобретает все необходимые свойства , присущие постоянным магнитам.
В зависимости от материала заготовки, и величины импульса намагничивающего тока, остаточная намагниченность или иначе говоря сила магнита, может весьма сильно различаться. Вот пожалуй и все из базовых вещей, что я хотел напомнить вам о магнитах.

Следующая тема в рамках нашей подготовки - потенциальные поля, коими по науке обусловлены взаимодействия магнитов. Признаюсь написать сочетание “потенциальные поля” мне было непросто. Потому как осознаю нелепость термина. Попробую пояснить свою точку зрения.
Итак - поле. Что нам говорит Википедия ?
Поле - физический объект, классически описываемый математическим скалярным, векторным, тензорным, спинорным полем (или некоторой совокупностью таких математических полей), подчиняющимся динамическим уравнениям (уравнениям движения, называемым в этом случае уравнениями поля или полевыми уравнениями — обычно это дифференциальные уравнения в частных производных).
Физический значит объект. А это что за зверь?
Является предметом изучения физики, где рассматривается в качестве не зависящей от разума объективной реальности.
Оххх ну и закручено.

Итак поле. Не конкретно магнитное, а любое. Потрогать его можно? Вроде бы нет. Отлично, ну а увидеть глазами? Так ведь нету таких очков, чтоб увидеть позволили. Применительно к теме - есть скажете пленка, позволяющая видеть магнитные поля. Беда в том что она, как и многие человеческие измерительные приборы, позволяет , образно выражаясь, увидеть тень от сидящей на заборе вороны, а не саму ворону. То есть наука регистрирует следствие - силовое действие поля на некие физические объекты. Только так и никак иначе. Без тех самых объектов, с которыми что то происходит под действием силовой составляющей полей - большинство полей невидимы и неощутимы.

Итак что же собственно, если взглянуть объективно, можно сказать о поле? Если разобраться, то поле это не более чем график пространственного распределения некоего воздействия (в физике это назвали силой) на некое тело. Иных материальных свидетельств существования такой “независимой от сознания” сущности как поле - видимо не существует.

А что является первопричиной возникновения поля? Источник. Факт неоспорим - у каждого поля есть источник. Далее - может ли поле совершать работу? Несомненно. В простейшем механическом случае, работа это изменение параметров движения тела, совершенное под действием силы. Как мы знаем при выполнении работы расходуется то что называют энергией. А что же является в данном случае источником этой энергии? Поле? Ведь вроде бы именно оно, рождает ту самую силу, изменяющую траекторию или скорость тела. Да и физики именно так говорят - “Энергия берется из магнитного поля вокруг магнита”.
Однако график, в отличии от физического объекта, например пружины, не может накапливать и отдавать энергию! Вывод один - источник энергии поля совпадает с физическим источником порождающим поле. В нашем случае - это постоянный магнит.

Большинство читателей немедленно укажут на парадокс. Что же это за такой бесконечный источник. Тратит, тратит энергию, а она все никак не кончается. И тут на помощь физикам приходит спасительные две ипостаси энергии. Потенциальная и кинетическая. То есть магнит обладает потенциальной энергией. А когда она действует на тело то просто переходит в кинетическую энергию движущегося тела. Хорошо, а если магнит достаточно велик чтобы притянуть скажем 100 тел, каждое весом с этот магнит ? Работа на перемещение каждого из этих тел будет совершена? Безусловно. Откуда же возьмется энергия на это? Источник ровно один и находится он внутри магнита, кто бы что не утверждал.
Истории про потенциальную энергию и преобразование ее в кинетическую и обратно хорошо смотрятся в школьных учебниках, когда учащиеся недостаточно опытны чтобы задать преподавателю простой вопрос - а каков именно механизм преобразования энергии? Где именно и в каком именно виде эта самая энергия храниться? Какие именно физические механизмы отвечают за ее преобразование из одного вида в другой? Или спишем все на “законы природы” без дальнейшей детализации? Тогда вопрос - а вы уверены что сформулированные физиками утверждения это и есть те самые законы природы, а не эмпирические предположения, отражающие текущий уровень знания доступный тем самым физикам?

Например нам говорят: когда магнитное поле разгоняет ферромагнетик притяжением, то потенциальная энергия системы тел переходит в кинетическую энергию движущегося тела. А когда это тело тормозится магнитным полем то все наоборот. И опять можно задать неудобный вопрос: энергия ведь затрачивается на изменение состояния движения тела - так? А уж ускорение это или торможение это всего лишь вопрос системы отсчета - так? Надеемся, что вряд ли кто то попробует отрицать изотропность пространства. Посему ускорение ничем, кроме знака в математической формуле, не отличается от торможения. Рискнем утверждать, что на оба этих процесса одинаково расходуется энергия источника поля (совершается работа внешних сил над телом). Так почему же какие то разные энергии должны перетекать одна в другую? Появляется подозрение, что только для красивого изложения в школьных учебниках...
Итак изменение любого параметра движения тела под действием внешней силы обусловливается затратами энергии источника данной силы. По иному можно сказать что источник передает часть энергии телу (по настоящему все немного сложнее, но об этом в другой раз).
Однако это противоречит главному закону науки - закону сохранения энергии - скажут нам! Дело как всегда в граничных условиях. Например в формулировке закона сохранения энергии должна обязательно присутствовать фраза “в закрытой системе”. Без этого напоминания - данный базовый закон полностью теряет смысл.
Итак почему то подразумевается, что в любом источнике энергии есть внутренние потери. Однако в микромире, явления которого, даже по школьному определению, порождают намагниченность - трения то нет И соответствующих тепловых потерь, подразумевающихся во всех без исключения процессах движения в макромире, тоже нет!

Другой вопрос что простыми средствами не получается использовать этот источник энергии для выполнения циклической работы. Одноразовой - можно. Циклической - не получается.

Возможно ли в принципе использовать энергию потенциальных полей?
Конечно. Простейший пример - гидроэлектростанции. Кто скажет, что это не работа потенциального поля гравитации ? Работа совершается - несомненно. Сила которая ее выполняет результат действия потенциального гравитационного поля? Однозначно. Причем гравитация работает аж 3 раза. Первый раз когда способствует подниманию водяного пара вверх, чтобы затем накапливаться там в виде облаков.Второй раз, когда заставляет собравшуюся в капли влагу выпасть дождем и скатиться в реки. И третий раз когда ускоряет падающий с высоты плотины поток воды. Понятно, что начало всей цепочки дает излучение Солнца. Но мы то рассматриваем конкретную фазу процесса. А именно постоянное получение энергии от силового действия потенциального поля.

Возвращаясь к теме. Похоже все же есть основания предположить, что магнит таки является источником энергии. Да, видимо, эту энергию не так то просто преобразовать в циклическую работу, иначе это было бы давно реализовано. Также, есть мнение, что даже когда это получится, величина этой циклической работы будет мизерной - едва достаточной для компенсации потерь в системе. Потому как чтобы сделать систему достаточно открытой для притока значимого потока, необходимы величины намного превышающие напряженность поля существующих магнитов.

Итак предположим. что шанс есть. Вот его мы и постараемся реализовать.

Для начала давайте посмотрим то, что уже попробовали другие исследователи.
Ролики с "работающими" МД, как правило являющимися фейками, давайте пока опустим.

Вот например два канала,на мой взгляд достойных уважения.

www.youtube.com/user/Motionmagnetics/videos

www.youtube.com/user/raymondslab/videos

Поскольку в теме, как постоянных магнитов, так и вообще механического вращения, разбирался достаточно поверхностно, то ничего не поделаешь - пришлось начать с просмотра роликов. Повеселился конечно знатно. Но делать нечего - что есть с тем и работаем Чтобы хоть как то пощупать руками - собрал несколько моделей.


По результатам сам над собой долго смеялся и лишний раз подтвердил правило, что в подавляющем большинстве все это фейки. Люди в основном ищут саморекламы и финансов, а не пытаются помочь кому то в чем то разобраться. Абсолютно то же самое как в теме электрических “БТГ”... Как в том анекдоте: “И небо другое, и деревья другие, и трава другая, эээх, а люди все те же”...

Начинать с нуля не привыкать - так что с него, родимого и начинаем. Трогать механическое устройство руками и на основании этого делать выводы у меня не получилось. Кто то так умеет - я нет. Хотелось бы больше информации. Значит было нужно создавать измерительную систему. Для начала научимся измерять напряженность магнитного поля с построением графика распределения по пространству. Хотя бы по одной координате.

Собираем простейшую измерительную установку.
1) аналоговый датчик Холла SS495A2 с максимальным диапазоном измерения 600G. Пример
2) плата микроконтроллера - STM32F103. Ее будем использовать ее в качестве АЦП с выводом данных через последовательный порт UART. Пример платы
3) плата преобразователя протоколов UART/USB для соединения микроконтроллера с компьютером на базе микросхемы FT232. Пример платы
Я применил еще модуль дистанционной передачи данных. Однако это необязательно. Просто немного удобнее с проводами. Поэтому его не указываю.
4) Понижающий преобразователь DC/DC с 3..30V до 5V Пример платы
5) литиевый аккумулятор 7.4V для питания системы. Пример
6) соединительные проводники и разъемы для подключения.

Схема соединения.





Ну и программы.
1) Бинарник для прошивки в микроконтроллер. ссылка
2) Программа для работы на компе ссылка

Нет нужна любая плата но на контроллере stm32F103 с любой буковой.
На Atmega нужно будет переписывать бинарный модуль.

С уважением

Юрий м пишет: я вот чёт с датчиками холла дело никогда не имел, а если вот так врубить а вместо вольтметра врубить мультиметр, работать будет?

Надо просто подать питание от одного источника 3.3В или 5В на ноги +VDD и GND и смотреть мультиметром уровень напряжения на выходе OUTPUT. В отсутствии МП напряжение будет равно половине напряжения источника питания.
Южный или северный полюса будут отклонять эти значения от середины либо к напряжению питания либо к 0.
Но графики в таком варианте строить будет затруднительно. А суть задуманной мной системы именно сравнение графиков поля различных сборок магнитов по 1 координате. Скажем по диаметру окружности ротора. С разрешением скажем пару тысяч отсчетов на оборот.

С уважением

Протестируем систему измерений на обычном кубическом магните 10 х 10 х 10 расположенным в держателе статора.
Датчик Холла поместим на край ротора, перпендикулярно радиусу.





В приложении файл с данными измерения в формате Excel

Fantom, я рад такому раскладу) Но всё не осилил сидя в маршрутке, вечером повторю и продолжу понимание )) пока есть такие мысли и вопросы. Если диск на оси вращения из не магнитного материала на него по периметру наклеись постоянные магниты снаружи диска статор на против каждого магнита на диске электромагнит из магнито твёрдого сплава, и подав на электромагниты импульс намагничивающий железо встречной полярностью к магнитам, тогда получится внутренний диск с магнитами упрётся в поле только что намагниченных магнитов. А снимать энергию с оси диска через повышающий редуктор ну или посредством шкивов разного лиаметра. Так чтобы магниты начав отталкиваться отдавали свою энергию постепенно а не одним махом.

Danunax пишет: Если диск на оси вращения из не магнитного материала на него по периметру наклеись постоянные магниты снаружи диска статор на против каждого магнита на диске электромагнит из магнито твёрдого сплава....

Прошу в полете мысли учитывать текущую ограниченность ресурсов. Во первых я - ни разу не механик. Электронщик - да. Но не механик. Во вторых сейчас далеко от своего основного оборудования. И когда это урегулируется пока не ясно. Так что ресурсы весьма ограничены. Осцилл, небольшой 3D принтер, паяльник, и немного контроллеров.
Ну и основное - пока планировал рассмотреть системы без электронных компонентов, катушек ключей и т д. нету сейчас в доступе этого... А воссоздавать лабу на новом месте весьма накладно, да и не нужно.
Так что давайте смотреть на магниты в разных конфигурациях, ну может попробуем экраны еще.

С уважением

Fantom ну если экраны, то что известно на данный момент об этом? Пермаллой? Если бы существовал экран мп, то можно просто сделать колесо с магнитами по перефирии разместить относительно сторон света, колесо с магнитами веримкально земле, и прикрыть одну часть колеса от магнитного поля земли, тогда получится как водяная мельница, магнитное поле земли будет создавать "давление" еа оду часть колеса и павновесие всегда будет нарушено.

Danunax пишет: Fantom ну если экраны, то что известно на данный момент об этом?

Обычная ржавая железка. Просто достаточно толстая чтобы захватить и перенаправить как можно больше потока. Экранировать МП невозможно. Можно только перенаправить. Но пока об этом рано. Некуда пока ставить экраны. Пока надо понять как это вообще работает.

С уважением

Работает это просто, хочешь толкает а хочешь притягивает. ну ещё можно усилить поле из двух магнитов соединив их встречно одноимёнными полюсами

работать должно действительно просто,,, чтоб максимальное количиство рабочих точек,,, преодолевала одну мёртвую точку,, тогда будет результат...я в ветке доктора уже писал,, пример три рабочих одна проходная (мёртвая)

chiksat пишет: работать должно действительно просто,,,

Коллеги, просто будет - когда мы поймем как именно нужно сделать и сделаем
Если Вы знаете как - просто выложите в ветке детали решения и мы с радостью его повторим.

А пока мы этого ждем, все что я могу и готов делать - начать вываливать в ветку горы графиков. Вы же не думали, что я от нечего делать тратил время на сборку и программирование измерительной системы? Поверьте она нам очень и очень пригодится.

Без измерений, все что можем (сужу по себе) - гадать на кофейной гуще или с умным видом тыкать пальцем в небо с соответствующим результатом. Если я не прав - покажите мне любой источник с нормальными детальными измерениями по конфигурации МП сборок магнитов и динамике вращения ротора с магнитами в статических МП различной топологии. Буду весьма признателен.

Немного позже мы дополним наш измерительный комплекс еще одной системой - измеряющей угловые скорости и ускорения ротора. Это даст нам еще одну гору графиков. Затем все это богатство необходимо будет анализировать и систематизировать.
Да сложно и долго. Но! В результате всего этого многотрудного пути есть шанс на рождение понимания.
Не знаю как кто, а я лично стремлюсь именно к этому.

С уважением

P.S.
Кому импонирует подобный подход, не сочтите за труд поставить like под сообщением.

Fantom пишет: Немного позже мы дополним наш измерительный комплекс еще одной системой - измеряющей угловые скорости и ускорения ротора. Это даст нам еще одну гору графиков. Затем все это богатство необходимо будет анализировать и систематизировать. .

Вот это серьезно!

Полагаю, на видео магнит ориентирован полюсом к датчику...
По данным с него видна структура плотности магнитного поля, в том числе, внешнего (слабый минус) "потока" и резкий провал по оси полюсов от внутреннего "потока" В ковычках - потому что не понятно что там..

Интересно посмотреть прогон боком и стоя - получить все проекции плотности поля...