Faradayn paradoksi
Faradayn paradoksi on Michael Faradayn ensimmäisenä kuvaama koe, joka ensi silmäyksellä on ristiriidassa hänen induktiolainsa kanssa.
Kokeellinen kokoonpano koostuu sylinterimäisestä kestomagneetista ja viereisestä johtavasta kiekosta, jotka molemmat on sijoitettu pyörimään akselin ympäri. Magneetin ja levyn symmetria-akseli on sama kuin pyörimisakseli, ja magneetti on polarisoitu aksiaalisuunnassa (eli navat ovat akselilla). Sähköjännite mitataan levyltä akselin ja sen reunan välistä; tätä varten liukukoskettimet asetetaan sen ulkopuolelle ja lähelle akselia.
Jos levy pyörii ja magneetti on levossa, liittimiin syötetään jännite. Tätä voidaan kuvata Lorentzin voimalla tai virtaussäännöllä (unipolaarinen induktio). Liitinjännitettä esiintyy myös, kun levy ja magneetti on kytketty mekaanisesti ja liikkuvat yhdessä. Toisaalta, jos vain magneetti liikkuu ja levy on levossa, liittimiin ei synny jännitettä. Tämä hämmensi Faradaya, koska hän oletti, että jännitteen esiintymisen kannalta ratkaisevaa oli vain levyn liikkuminen magneetin suhteen.
Todellisuudessa kestomagneetin magneettikenttä on kuitenkin (suurelta osin) riippumaton sen pyörimisestä. Siksi sillä ei ole väliä pyöriikö se vai ei. Toisaalta (levossa olevalle tarkkailijalle) Lorentzin voima vaikuttaa levyssä oleviin elektroneihin heti, kun ne liikkuvat magneettikentässä. Siksi kiinteiden liukukoskettimien välistä jännitettä mitataan tarkasti levyn pyöriessä.
Jos katselemme koetta ei levossa olevan tarkkailijan näkökulmasta, vaan levyn mukana liikkuvana (akselin ympäri pyörivänä) havainnoijana, mittaamme aina jännitteen, joka on yhtä suuri kuin nolla levyn keskustan ja reunan välillä. levy; magneettikenttä on riippumaton magneetin pyörimisestä. Toisaalta piirissä (tietylle havainnoijalle) pyörivien liukukoskettimien välillä mitataan induktiivinen jännite, koska tämä piiri on magneettikentässä pyörivä johdin.
Tämä vaikeasti ymmärrettävä vaikutus on kerta toisensa jälkeen johtanut väärinkäsityksiin ja esimerkiksi erilaisiin yrityksiin rakentaa eräänlainen unipolaariseen induktioon perustuva ikuisuuskone, niin kutsuttu N-kone.
Katso myös
Linkit
- Suhteellisuusteoria ja sähkökoneet (pääsemätön linkki) Mikhail Vannakh - 26. huhtikuuta 2007.
- Michael Faraday, Experimental Researches in Electricity, osa I, ensimmäinen sarja, 1831, Great Books of the Western World, osa 45, R.M. Hutchins, toim., Encyclopædia Britannica, Inc., Chicagon yliopisto, 1952. [1]
- "Sähkömagneettinen induktio: fysiikka ja takaumat" (PDF) (linkki ei saatavilla) , kirjoittanut Giuseppe Giuliani – yksityiskohtia Lorentzin voimasta Faradayn levyllä
- "Homopolar Electric Dynamo" — sisältää yhtälön johdannaisen Faraday-levyn EMF:lle
- Don Lancasterin "Tech Musings" -kolumni, helmikuu 1998 - Faradayn levyn käytännön tehottomuudesta
- Faradayn viimeinen arvoitus; Pyöriikö kenttä magneetin kanssa? (PDF) - ristiriitainen teoria, mutta sisältää hyödyllisiä viittauksia Faradayn kokeisiin
- PJ Scanlon, RN Henriksen ja JR Allen, "Approaches to electromagnetic induction", Am. J Phys. 37, 698 - 708 (1969). — kuvaa Faradayn lain soveltamista Faradayn levyyn
- Jorge Guala-Valverde, Pedro Mazzoni, Ricardo Achilles "Homonaarinen moottori: todellinen relativistinen moottori", Am. J Phys. 70(10), 1052-1055 (lokakuu 2002). — väittää, että vain Lorentzin voima voi selittää Faradayn kiekon ja kuvailee joitain kokeellisia todisteita tästä
- Frank Munley, Faradayn vuosäännön haasteet, Am. J Phys. 72, 1478 (2004). — päivitetty keskustelu edellä mainitun Scanlon-viitteen käsitteistä.
- Richard Feynman, Robert Leighton, Matthew Sands, "The Feynman Lectures on Physics Volume II", luku 17 - Faradayn "paradoksin" (jossa linkitetty vuo ei muutu, mutta emf indusoituu) lisäksi hän kuvaa "keinuvia levyjä". " » kokeilu, jossa linkitetty vuo muuttuu, mutta emf:ää ei aiheudu. Hän osoittaa, että oikea fysiikka saadaan aina yhdistämällä Lorentzin voima Maxwell-Faraday-yhtälöön (katso lainauslaatikko) ja asettaa nämä kaksi omaa "paradoksia".
- Magneettikentän kierto Vanja Janezic - kuvaa yksinkertaista koetta, jonka kuka tahansa voi tehdä. Koska se sisältää vain kaksi kappaletta, sen tulos on vähemmän epäselvä kuin kolmen kappaleen Faradayn, Kellyn ja Guala-Valverden kokeet.
- WF Hughes ja FJ Young, The Electromagnetodynamics of Fluids, John Wiley & Sons (1965) LCCC #66-17631. Luvut 1. Suhteellisuusteorian periaatteet ja 2. Liikkuvien välineiden sähködynamiikka. Näistä luvuista on mahdollista työstää kaikkia indusoituja emf-ongelmia ja selittää kaikki niihin liittyvät kirjallisuudesta löytyneet paradoksit.