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迷人的150年的法拉第盘(转)

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发表于 2017-5-24 16:32:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
迷人的150年的法拉第盘

    1831年,法拉第制造了一个有趣的物件,这个物件被后人称为“法拉第盘”,它好像违背传统电学理论。

    法拉第盘很简单,一个圆形铜片贴在一个圆柱形磁铁的圆形截面上,铜片与磁铁之间用纸等绝缘层隔开,然后让磁铁围绕其中心轴旋转。那么铜片上会不会产生电压呢?这是个有趣的问题。


    学过中学物理的人都知道,金属切割磁力线,或者穿过金属线圈的磁力线发生变化,才会产生电,而这里,铜片随着磁铁一起旋转,既没有切割磁力线,也没有导致磁力线发生变化,因此推测,铜片上不会产生电压。


    可是,当用电压计测量时,出乎意料,铜片上不但产生了明显的电压,而且电压的正负极很有意思,圆铜片的中心是一极,圆铜片边缘那一圈圆周是一极。真是怪,铜片与磁铁之间没有任何相对运动,照样产生了电压。这是为什么?


    之后,法拉第又按照传统的发电原理,让铜片转动,让磁铁静止,结果产生了与上面的情况同样高的电压!这说明,铜片与磁铁之间有没有相对运动,铜片都会生电,而且如果铜片转动速度一样,产生的电压大小也一样。


    法拉第对此很困惑,他的余生都花费在这个奇怪的现象上了,最后他觉得应该这么解释,铜片与磁铁相对静止时,铜片虽然没有切割磁力线,但是用电压计测量时,电压计的两根导线切割磁力线了,因此才产生了电压。


    但是如果让电压计的两根导线也跟着磁铁一起旋转呢?这样,电压计的导线就不会切割磁力线了,那么还会不会有电压产生呢?这个问题,法拉第没有研究。之后的人则接着研究了100多年,实验的结果是,即使导线跟磁铁的旋转同步,照样会有电压产生。于是有人提出疑问:圆柱形磁铁旋转时,它的磁场也会跟着旋转吗?到如今,这个问题还没有确定的答案,也就是,圆柱形磁铁旋转时,它的磁场可能旋转,可能不旋转,真是个谜!说磁场不随磁铁旋转吧,但当磁铁不围绕两磁极的连线旋转时,磁场显然是随着磁铁一起转的,若说磁场随着磁铁旋转吧,上面的实验现象又该如何解释呢?


    效率500%的发电机

    直到1978年,布鲁斯深入研究了转动陀螺的一些奇怪现象,发现,如果把陀螺磁化,让磁力线平行于陀螺的转动轴,陀螺的转动就会产生反常的电现象。根据法拉第的实验现象,陀螺上被磁化的金属圆片转动的同时,在穿过自己的磁场,或者说切割自己的磁力线,因此这样的陀螺旋转时,会产生电压,金属片的边缘圆周是正极,中心则是负极。在这里,磁化的陀螺就是个法拉第盘。

    之后,布鲁斯发现了更奇怪的现象。


    我们知道,发电机发电时,如果用户没有用电,这时,线圈中没有电流,发电机转得特别轻松,如果用户用电,发电机向外提供电能的时候,线圈就会受到磁场的拖拽,这好理解,线圈电流产生的磁场会与发电机本身的磁场相排斥。因此发电机要想源源不断地向外供电,就需要有源源不断的动力输进来。


    但是陀螺法拉第盘向外输送电能时,磁场对它的拖拽力好像很小,就是说,让法拉盘发电,给它提供的动力可以很小。


    之后的1985年,斯坦福大学的电气工程师罗伯特·肯特勒博士也测试了法拉第盘,看着测量的结果,罗伯特很激动:法拉第盘会成为自由能量的基础元件……经过反复的实验,这异常的结果表明,法拉第盘明显违反传统的理论。如果把摩擦因素考虑进去。让法拉第盘发电,我们需要给它输入的动力不到它输出电能的20%!就是说,用法拉第盘发电,给它1千瓦的动力,它就会产生至少5千瓦的电能……布鲁斯也许是对的,能量来自一个我们还不知道,还无法解释清楚的源泉。


    为了真正测出单极发电机的效率,之后的研究者还真的把单极发电机的固体电刷换成了液体水银电刷,这样,发电机的摩擦力可以减小为原来的20%,基本可以忽略,之后测定这个单极发电机的效率,得出的输入和输出量大小真的达到了1:5,发电效率500%!


    小贴士注释:发电机电刷 让发电机对外供电,就需要有导线与发电机的两极相连,但是如果直接相连,导线会影响线圈的转动,为了避免这一点,导线与电极接触的部位就像一把刷子,既能接触电极,又可以在电极上滑动,从而不影响线圈的转动。这有点像老式唱片的指针,既接触唱片,又能在唱片上滑动。一般的电刷都是固体的,水银电刷最好,水银导电,同时又是液体,摩擦力很小。


    磁场和电能都与真空有关


发表于 2017-6-8 00:22:00 | 显示全部楼层
我来解释一下其中的原理
我们实验时会发现,铜片与磁铁共同平行移动,铜片不带电
而铜片与磁铁共同旋转,铜片则产生电势
而铜片或磁铁任意一个旋转,铜片也产生电势。
这其中的道理是电子
真正的电势来自电子的移动
而电子的移动,需要一个条件,就是电子自旋转轴线是否与磁场是垂直角度,并且能够保持住
比如传统的导线切割磁力线,你会发现导线内的电子在磁场的作用下(铜片不动,磁铁运动,相对来说也是铜片在磁场内运动,)会实现电子自旋轴线的朝向与导线运动方向平行,所以电子在磁场的作用下会偏移,最终偏移到一侧产生所谓的电势。
而这里一个重要的概念就是,电子的自旋朝向的轴向与电子周围的磁场有密切的联系,电子的偏移也与周围的磁场有联系,比如运动电荷在磁场内做圆周运动。首先电荷周围有磁场,那么电荷的运动会导致电荷自旋轴线方向与运动方向始终平行。而这种自旋又导致电荷的单侧受力导致电荷偏转,所以电荷最终做圆周运动。
而法拉第盘呢,当铜圆盘旋转时,跟平行移动不同,铜片旋转时,产生的角速度,这个角速度会时刻纠正铜片内电子的自旋轴线方向,导致电子的自旋轴线也始终与角速度相同,所以电子的自旋轴线与磁场垂直了,所以电子会偏向移动积累产生电势。
而如果在没有磁场的情况下,铜片与磁铁共同匀速平移,那么这种匀速是相对速度不变的,也可以说铜片没运动,所以其内部的电子的自旋朝向也没有统一改变,所以没有电子偏移积累,也就没有电势。
当铜片与磁铁同时做加速或减速运动时,瞬间的速度变化会使电子自旋朝向发生改变,所以也会产生瞬间的电势。
就是这个道理,以上现象都是做过实验的。
发表于 2017-12-19 19:58:30 来自手机 | 显示全部楼层
实验的结束能分享一下吗
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