Faradayův paradox
Faradayův paradox je experiment poprvé popsaný Michaelem Faradayem, který na první pohled odporuje jeho zákonu indukce.
Experimentální zařízení se skládá z válcového permanentního magnetu a přilehlého vodivého disku, které jsou oba umístěny tak, aby se otáčely kolem osy. Osa symetrie magnetu a disku se shoduje s osou otáčení a magnet je polarizován v axiálním směru (to znamená, že póly jsou na ose). Elektrické napětí se měří na kotouči mezi nápravou a jejím okrajem; k tomu jsou na jeho vnější straně a blízko osy umístěny kluzné kontakty.
Pokud se disk otáčí a magnet je v klidu, je na svorky přivedeno napětí. To lze popsat Lorentzovou silou nebo pravidlem proudění (unipolární indukce). Svorkové napětí se také vyskytuje, když jsou disk a magnet mechanicky spojeny a pohybují se společně. Na druhou stranu, pokud se pohybuje pouze magnet a disk je v klidu, pak na svorkách nevzniká žádné napětí. To Faradaye zmátlo, protože předpokládal, že jediné, na čem záleží, aby se objevilo napětí, bylo, že se disk pohybuje vzhledem k magnetu.
Ve skutečnosti je však magnetické pole permanentního magnetu (z velké části) nezávislé na jeho rotaci. Nezáleží tedy na tom, zda se točí nebo ne. Na druhou stranu (pro pozorovatele v klidu) Lorentzova síla působí na elektrony v disku, jakmile se pohybují v magnetickém poli. Proto je napětí mezi pevnými posuvnými kontakty měřeno přesně, když se kotouč otáčí.
Pokud se na experiment nepodíváme z pohledu pozorovatele v klidu, ale jako pozorovatele pohybujícího se spolu s diskem (rotujícího kolem osy), budeme mezi středem a okrajem vždy měřit napětí rovné nule. disk; magnetické pole je nezávislé na jakékoliv rotaci magnetu. Na druhou stranu v obvodu mezi (pro daného pozorovatele) otočnými posuvnými kontakty bude měřeno indukční napětí, protože tento obvod je vodič rotující v magnetickém poli.
Tento nesnadno pochopitelný efekt vedl znovu a znovu k nedorozuměním a například k různým pokusům sestrojit jakýsi perpetum mobile založený na unipolární indukci, tzv. N-machine.
Viz také
Odkazy
- Relativity a elektrické stroje (nedostupný odkaz) Michail Vannakh - 26. dubna 2007.
- Michael Faraday, Experimental Researches in Electricity, Vol I, First Series, 1831 in Great Books of the Western World, Vol 45, R. M. Hutchins, ed., Encyclopædia Britannica, Inc., The University of Chicago, 1952. [1]
- „Elektromagnetická indukce: fyzika a záběry do minulosti“ (PDF) (nedostupný odkaz) od Giuseppe Giulianiho – podrobnosti o Lorentzově síle na Faradayově disku
- "Homopolar Electric Dynamo" — obsahuje odvození rovnice pro EMF Faradayova disku
- Sloupek Dona Lancastera „Tech Musings“, únor 1998 – o praktických neefektivnostech Faradayova disku
- Faradayova závěrečná hádanka; Otáčí se pole pomocí magnetu? (PDF) - kontrariánská teorie, ale obsahuje užitečné odkazy na Faradayovy experimenty
- PJ Scanlon, RN Henriksen a JR Allen, "Přístupy k elektromagnetické indukci", Am. J Phys. 37, 698-708 (1969). — popisuje, jak aplikovat Faradayův zákon na Faradayův disk
- Jorge Guala-Valverde, Pedro Mazzoni, Ricardo Achilles "Homopolární motor: Skutečný relativistický motor," Am. J Phys. 70(10), 1052-1055 (říjen 2002). — tvrdí, že pouze Lorentzova síla může vysvětlit Faradayův disk a popisuje pro to některé experimentální důkazy
- Frank Munley, Výzvy pro Faradayovo pravidlo toku, Am. J Phys. 72, 1478 (2004). — aktualizovanou diskuzi o konceptech v odkazu Scanlon výše.
- Richard Feynman, Robert Leighton, Matthew Sands, „The Feynman Lectures on Physics Volume II“, Kapitola 17 — Kromě Faradayova „paradoxu“ (kde se spojený tok nemění, ale je indukováno emf), popisuje „houpací desky“. " » experiment, kde se mění spojený tok, ale není indukováno žádné emf. Ukazuje, že správná fyzika je vždy dána kombinací Lorentzovy síly s Maxwell-Faradayovou rovnicí (viz rámeček s citací) a představuje tyto dva vlastní „paradoxy“.
- Rotace magnetického pole od Vanja Janezic - popisuje jednoduchý experiment, který může udělat každý. Protože se jedná pouze o dvě těla, jeho výsledek je méně nejednoznačný než u třítělesných Faradayových, Kellyho a Guala-Valverdeho experimentů.
- WF Hughes a FJ Young, The Electromagnetodynamics of Fluids, John Wiley & Sons (1965) LCCC #66-17631. Kapitoly 1. Principy speciální teorie relativity a 2. Elektrodynamika pohybujících se médií. Z těchto kapitol je možné zpracovat všechny vyvolané problémy emf a vysvětlit všechny související paradoxy nalezené v literatuře.