Kodiaran'ny magnetika Maxwell
afa-po
Ilay mpahay fizika anglisy James Clark Maxwell, izay niaina tamin'ny 1831-79, dia fanta-daza indrindra amin'ny fandrafetana ny rafitry ny equations ambanin'ny electrodynamika — ary nampiasa azy io mba haminavina ny fisian'ny onja elektromagnetika. Na izany aza, tsy izany rehetra izany no zava-bitany lehibe. Maxwell koa dia nandray anjara tamin'ny thermodynamics, incl. nanome ny foto-kevitra momba ny "demony" malaza izay mitarika ny fihetsehan'ny molekiola entona, ary nahazo rôle iray mamaritra ny fizarana ny hafainganam-pandehany. Izy ihany koa ny nianatra loko sy namorona fitaovana tena tsotra sy mahaliana mba hanehoana ny iray amin'ireo lalàna fototra indrindra momba ny natiora - ny fitsipiky ny fiarovana ny angovo. Andao hiezaka hahafantatra bebe kokoa an'io fitaovana io isika.
Ny fitaovana voalaza dia antsoina hoe kodiaran'i Maxwell na pendulum. Hiatrika dikan-teny roa isika. Voalohany dia noforonin'i Maxwell - andao hatao hoe mahazatra, izay tsy misy andriamby. Hodinihintsika any aoriana ny dikan-teny novaina, izay vao mainka mahagaga. Tsy vitan'ny hoe afaka mampiasa safidy demo roa isika, i.e. fanandramana kalitao, fa koa mba hamaritana ny fahombiazany. Ity habe ity dia mari-pamantarana manan-danja ho an'ny motera tsirairay sy ny milina miasa.
Andeha isika hanomboka amin'ny dikan-teny mahazatra an'ny kodiaran'i Maxwell.
Lynx. 1. Ny dikan-teny mahazatra amin'ny kodiaran'i Maxwell: 1 - bara mitsivalana, 2 - kofehy matanjaka, 3 - axle, 4 - kodiarana miaraka amin'ny fotoana inertia avo.
Ny dikan-teny mahazatra amin'ny kodiarana Maxwell dia aseho amin'ny sary. aviavy. 1. Mba hanaovana izany, dia asiana tsorakazo matanjaka mitsivalana - mety ho borosy mifatotra amin'ny lamosin'ny seza. Avy eo dia mila manomana kodiarana mety ianao ary mametraka azy tsy mihetsika amin'ny axle manify. Ny tsara indrindra dia tokony ho 10-15 sm eo ho eo ny savaivony, ary 0,5 kg eo ho eo ny lanjany. Zava-dehibe ny saika ny lanjan'ny kodia manontolo dia mianjera amin'ny manodidina. Raha lazaina amin'ny teny hafa, ny kodiarana dia tokony hanana foibe maivana sy mavesatra. Mba hanaovana izany, dia azonao atao ny mampiasa kodiaran-tsarety kely avy amin'ny sarety na sarony fanitso lehibe avy amin'ny kapoaka ary asio manodidina ny manodidina miaraka amin'ny isan'ny fihodinan'ny tariby. Apetraka tsy mihetsika eo amin'ny axle manify ny kodia amin'ny antsasaky ny halavany. Ny axis dia sodina aluminium na tsorakazo misy savaivony 8-10 mm. Ny fomba tsotra indrindra dia ny fandavahana lavaka eo amin'ny kodiarana amin'ny savaivony 0,1-0,2 mm latsaka noho ny savaivony ny axle, na mampiasa lavaka efa misy hametraka ny kodiarana eo amin'ny axle. Ho an'ny fifandraisana tsara kokoa amin'ny kodiarana, ny axle dia azo smeared amin'ny lakaoly eo amin'ny toerana mifandray amin'ireo singa ireo alohan'ny fanerena.
Amin'ny lafiny roa amin'ny faribolana, dia mamatotra ampahany amin'ny kofehy manify sy matanjaka 50-80 sm ny halavany amin'ny axis.Na izany aza, ny fanamafisana azo antoka kokoa dia azo amin'ny alàlan'ny fandavahana ny axis amin'ny tendrony roa miaraka amin'ny fandavahana manify (1-2 mm). miaraka amin'ny savaivony, mampiditra kofehy amin'ireo lavaka ireo ary mamatotra azy. Mamatotra ny tendron'ny kofehy sisa tavela amin'ny tsorakazo izahay ary dia manantona ny faribolana. Zava-dehibe ny hoe mitsivalana tanteraka ny axis amin'ny faribolana, ary ny kofehy dia mitsangana ary misaraka amin'ny fiaramanidina. Mba hamenoana ny fampahalalana dia tokony ampiana fa afaka mividy kodiarana Maxwell vita amin'ny orinasa mivarotra fitaovana fampianarana na kilalao fanabeazana ianao. Taloha dia saika nampiasaina tany amin'ny laboratoara fizika rehetra any an-tsekoly izy io.
Andrana voalohany
Andeha isika hanomboka amin'ny toe-javatra rehefa mihantona eo amin'ny axis marindrano ny kodiarana amin'ny toerana ambany indrindra, i.e. samy nivaha tanteraka ny kofehy roa. Raisinay amin'ny rantsan-tànanay amin'ny tendrony roa ny famaky ny kodiarana ary ahodinay tsikelikely. Noho izany, manodina ny kofehy amin'ny axis izahay. Tokony handinika tsara ny zava-misy fa ny fihodinana manaraka ny kofehy dia mitovy elanelana - ny iray manaraka ny iray hafa. Ny axle kodia dia tsy maintsy mitsivalana foana. Rehefa manakaiky ny tsorakazo ny kodiarana dia atsaharo ny fihodinkodinana ary avelao handeha malalaka ny axle. Eo ambanin'ny herin'ny lanjany dia manomboka midina midina ny kodiarana ary miala amin'ny axle ny kofehy. Mihodina miadana be ny kodia amin'ny voalohany, avy eo haingana sy haingana kokoa. Rehefa mivelatra tanteraka ireo kofehy, dia tonga amin'ny toerana ambany indrindra ny kodiarana, ary avy eo dia misy zavatra mahagaga mitranga. Ny fihodinan'ny kodiarana dia mitohy amin'ny lalana iray ihany, ary manomboka miakatra ny kodiarana, ary misy kofehy manodidina ny axe. Mihena tsikelikely ny hafainganam-pandehan'ny kodiarana ary mitovy amin'ny aotra amin'ny farany. Ny kodia avy eo dia toa mitovy amin'ny haavon'ny teo alohany. Miverina imbetsaka ny hetsika miakatra sy midina manaraka. Na izany aza, taorian'ny hetsika vitsivitsy na am-polony toy izany, dia tsikaritra fa ny haavon'ny fiakaran'ny kodiarana dia mihakely. Amin'ny farany dia hijanona amin'ny toerana ambany indrindra ny kodiarana. Talohan'izay, dia matetika azo atao ny mijery ny oscillations ny axis ny kodiarana amin'ny lalana perpendicular ny kofehy, toy ny amin'ny pendulum ara-batana. Noho izany, ny kodiaran'i Maxwell dia antsoina indraindray hoe pendulum.
Lynx. 2. Ny masontsivana lehibe amin'ny kodia Maxwell: - lanja, - kodiaran'ny kodia, - axle radius, - lanjan'ny kodia miaraka amin'ny axle, - linear hafainganam-pandeha, 0 - haavony voalohany.
Andeha hohazavaintsika izao ny antony mahatonga ny kodiaran'i Maxwell toy izany. Mihodina ny kofehy amin'ny axle, atsangano ny haavon'ny kodiarana 0 ary manaova asa amin'izany (aviavy. 2). Vokatr'izany, ny kodia amin'ny toerana avo indrindra dia manana ny herin'ny hery misintona pasehon'ny formula [1]:
aiza ny acceleration malalaka.
Rehefa miala ny kofehy, dia mihena ny haavony, ary miaraka amin'izany ny angovo azo avy amin'ny sinton'ny tany. Na izany aza, ny kodia dia maka ny hafainganam-pandeha ary noho izany dia mahazo angovo kinetika. kizay kajy amin'ny formula [2]:
aiza ny fotoanan'ny inersia an'ny kodia, ary ny hafainganam-pandehany (= /). Ao amin'ny toerana ambany indrindra amin'ny kodiarana (0 = 0) mitovy amin'ny aotra ihany koa ny angovo mety. Io angovo io anefa dia tsy maty, fa nivadika ho angovo kinetika, izay azo soratana araka ny formula [3]:
Rehefa miakatra ny kodiarana dia mihena ny hafainganam-pandehany, saingy mitombo ny haavony, ary avy eo ny angovo kinetika dia lasa angovo mety. Ireo fiovana ireo dia mety haharitra ela raha tsy noho ny fanoherana ny hetsika - ny fanoherana ny rivotra, ny fanoherana mifandraika amin'ny fihodin'ny kofehy, izay mitaky asa ary mahatonga ny kodia hihena tanteraka. Ny angovo dia tsy manindry, satria ny asa atao amin'ny fandresena ny fanoherana ny fihetsiketsehana dia miteraka fitomboan'ny angovo anatiny ao amin'ny rafitra sy ny fiakaran'ny hafanana mifandraika amin'izany, izay mety ho hita amin'ny thermometer saro-pady. Ny asa mekanika dia azo avadika ho angovo anatiny tsy misy fetra. Indrisy anefa fa voafehin'ny lalàna faharoan'ny thermodynamika ny fizotry ny fihodinana, ary noho izany dia mihena ny hery mety sy ny kinetika amin'ny kodiarana. Hita fa ny kodiaran'i Maxwell dia ohatra tena tsara hanehoana ny fiovan'ny angovo sy hanazavana ny fitsipiky ny fitondran-tenany.
Efficiency, ahoana no kajy azy?
Ny fahombiazan'ny milina, fitaovana, rafitra na dingana rehetra dia faritana ho ny tahan'ny angovo azo amin'ny endrika mahasoa. u mba hanaterana angovo d. Ity sanda ity dia matetika aseho amin'ny isan-jato, ka ny fahombiazany dia aseho amin'ny formula [4]:
.
Ny fahombiazan'ny zavatra tena izy na ny fizotrany dia eo ambanin'ny 100% foana, na dia mety sy tokony ho akaiky an'io sanda io aza. Andeha hojerentsika amin'ny ohatra tsotra io famaritana io.
Ny angovo ilaina amin'ny motera elektrika dia ny angovo kinetika amin'ny fihetsika mihodina. Mba hahafahan'ny maotera toy izany dia tsy maintsy mandeha amin'ny herinaratra, ohatra, avy amin'ny bateria. Araka ny fantatrao, ny ampahany amin'ny angovo fampidirana dia mahatonga ny hafanana ny windings, na ilaina mba handresena ny friction hery ao amin'ny bearings. Noho izany, ny angovo kinetika mahasoa dia kely noho ny herinaratra fampidirana. Raha tokony ho angovo, ny sandan'ny [4] dia azo soloina amin'ny formula.
Araka ny efa najorontsika teo aloha, ny kodiaran'i Maxwell dia manana ny herin'ny hery misintona alohan'ny hanombohany mihetsika. p. Rehefa vita ny tsingerina iray amin'ny fihetsehana miakatra sy midina, ny kodia koa dia manana angovo azo avy amin'ny gravitational, saingy amin'ny haavo ambany kokoa. 1ka mihena ny angovo. Andeha holazaina amin'ny hoe P1. Araka ny formula [4], ny fahombiazan'ny kodiarantsika ho toy ny mpanova angovo dia azo aseho amin'ny formula [5]:
Ny formula [1] dia mampiseho fa ny angovo mety hitranga dia mifanandrify mivantana amin'ny haavony. Rehefa manolo ny formula [1] amin'ny formula [5] ary mandinika ireo mari-pamantarana ambony sy 1, dia mahazo [6] isika:
Ny formula [6] dia manamora ny famaritana ny fahombiazan'ny faribolana Maxwell - ampy ny mandrefy ny haavony mifanaraka amin'izany sy ny kajy ny quotient-ny. Aorian'ny fihetsehana iray dia mety mbola mifanakaiky ny haavony. Izany dia mety hitranga amin'ny kodia voalamina tsara miaraka amin'ny fotoana inertia lehibe atsangana ho amin'ny haavony. Noho izany dia tsy maintsy maka fandrefesana amin'ny fahamendrehana lehibe ianao, izay ho sarotra ao an-trano miaraka amin'ny mpanapaka. Marina fa afaka mamerina ny fandrefesana ianao ary manao kajy ny sandan'ny salan'isa, fa ho azonao haingana kokoa ny vokatra rehefa avy nahazo rôle iray izay mihevitra ny fitomboana aorian'ny hetsika bebe kokoa. Rehefa mamerina ny dingana teo aloha ho an'ny cycles mitondra fiara, aorian'izay dia hahatratra ny haavony ambony indrindra ny kodiarana n, dia ny formula efficiency dia ho [7]:
hahavony n aorian'ny tsingerin'ny hetsika vitsivitsy na ampolony, dia tena hafa amin'ny 0fa ho mora jerena sy refesina. Ny fahombiazan'ny kodia Maxwell, arakaraka ny tsipiriany momba ny fanamboarana - ny habeny, ny lanjany, ny karazana sy ny hatevin'ny kofehy, sns - dia matetika 50-96%. Ny sanda kely kokoa dia azo ho an'ny kodia misy faobe kely sy radii mihantona amin'ny kofehy mafy kokoa. Mazava ho azy fa aorian'ny tsingerina be dia be, mijanona amin'ny toerana ambany indrindra ny kodiarana, izany hoe. n = 0. Ny mpamaky mahay kosa dia hilaza fa ny efficacité kajy amin'ny formula [7] dia mitovy amin'ny 0. Ny olana dia ao amin'ny derivation ny formula [7], dia noraisintsika an-tsokosoko ny fiheverana fanatsorana fanampiny. Araka ny filazany, isaky ny tsingerin'ny fihetsiketsehana dia mitovy ny ampahany amin'ny angovo azony amin'ny kodia ary tsy miova ny fahombiazany. Amin'ny fiteny matematika, noheverinay fa ny haavo mifanesy dia mamorona fivoarana geometrika misy quotient. Raha ny marina, tsy tokony ho izany raha tsy mijanona amin'ny haavony ambany ny kodiarana. Ity toe-javatra ity dia ohatra iray amin'ny lamina ankapobeny, izay ahitana ny formulas, ny lalàna ary ny teoria ara-batana rehetra dia manana fetran'ny fampiharana voafetra, arakaraka ny fiheverana sy ny fanatsorana nalaina tamin'ny fandrafetana azy.
Version magnetika
Lynx. 3. Ny kodiaran'ny andriamby Maxwell: 1 - kodiarana misy fotoana avo lenta, 2 - axis misy andriamby, 3 - mpitari-dalana vy, 4 - connector, 5 - tsorakazo.
Amin'izao fotoana izao isika dia hiatrika ny andriamby dikan-Maxwell kodia - ny fanamboarana ny antsipiriany aseho vary. 3 sy 4. Mba hanangonana azy dia mila andriamby neodymium roa cylindrical misy savaivony 6-10 mm ary 15-20 mm ny halavany. Hanao ny axle kodia avy amin'ny fantsona aluminium misy savaivony anatiny mitovy amin'ny savaivony ny andriamby. Ny rindrin'ny fantsona dia tokony ho manify ampy
1 mm. Ampidiro ao anaty fantsona ny andriamby, mametraka azy ireo amin'ny halavirana 1-2 mm avy amin'ny tendrony, ary apetaho amin'ny lakaoly epoxy, toy ny Poxipol. Tsy maninona ny orientation ny andrin'ny andriamby. Manakatona ny faran'ny fantsona amin'ny kapila aluminium kely izahay, izay hahatonga ny andriamby tsy hita maso, ary ny axis dia ho toy ny tsorakazo mafy. Ny fepetra tokony hofenoin'ny kodiarana sy ny fomba fametrahana azy dia mitovy amin'ny teo aloha.
Ho an'ity dikan-kodiarana ity dia ilaina ihany koa ny manamboatra torolàlana vy avy amin'ny fizarana roa napetraka amin'ny parallèle. Ohatra iray amin'ny halavan'ny mpitari-dalana, mety amin'ny fampiasana azo ampiharina, dia 50-70 sm Ny antsoina hoe profil mihidy (hollow ao anatiny) amin'ny fizarana efamira, ny lafiny iray dia manana halavany 10-15 mm. Ny elanelana misy eo amin'ireo mpitari-dalana dia tsy maintsy mitovy amin'ny halaviran'ny andriamby napetraka eo amin'ny axis. Ny faran'ny mpitari-dalana amin'ny lafiny iray dia tokony hapetraka amin'ny semicircle. Mba hihazonana tsara kokoa ny axis, dia azo tsindriana amin'ny mpitari-dalana eo anoloan'ny rakitra ny tapa-kazo vy. Ny sisiny sisa amin'ny lalamby roa dia tsy maintsy ampifandraisina amin'ny mpampitohy tsorakazo amin'ny fomba rehetra, ohatra, miaraka amin'ny bolts sy ny voanjo. Noho izany dia nahazo tantana tsara izahay izay azo tazonina amin'ny tananao na apetaka amin'ny tripod. Ny endriky ny iray amin'ireo kopia vita amin'ny kodiaran'ny magnetika Maxwell dia mampiseho SARY. 1.
Mba hampavitrika ny kodiaran'ny andriamby Maxwell, apetraho eo amin'ny tampon'ny lalamby eo akaikin'ny mpampitohy ny faran'ny famaky. Tazony amin'ny tahony ireo mpitari-dalana, atsipazo amin'ny diagonaly mankany amin'ny tendrony boribory. Avy eo dia manomboka mihodina manaraka ny mpitari-dalana ny kodia, toy ny hoe eo amin'ny fiaramanidina mitongilana. Rehefa tratra ny tendron'ny mpitari-dalana dia tsy mianjera ny kodiarana, fa mihodina eo amboniny ary
Lynx. 4. Ny antsipirihan'ny famolavolana ny kodiaran'i Maxwell dia aseho amin'ny fizarana axial:
1 - kodiarana amin'ny fotoana avo inertia, 2 - axle fantsona aluminium, 3 - cylindrical neodymium andriamby, 4 - aluminium kapila.
manao evolisiona mahagaga izany - manodina ny faritra ambany amin'ny mpitari-dalana. Miverimberina imbetsaka ny tsingerin'ny fihetsiketsehana, toy ny kinova kilasika ny kodiaran'i Maxwell. Azontsika atao mihitsy aza ny mametraka ny lalamby mitsangana ary ny kodiarana dia hitovy tanteraka. Ny fitazonana ny kodiarana eo amin'ny tampon'ny mpitari-dalana dia azo atao noho ny fisintonana ny axle misy andriamby neodymium miafina ao anatiny.
Raha, amin'ny zoro lehibe amin'ny fironan'ny mpitari-dalana, ny kodiarana dia mihodina miaraka amin'izy ireo, dia ny faran'ny axe dia tokony hofonosina amin'ny sosona sandpaper iray ary apetaho amin'ny lakaoly Butapren. Amin'izany fomba izany, hampitombo ny friction ilaina mba hahazoana antoka ny rolling tsy solafaka. Rehefa mihetsika ny dika magnetika an'ny kodiaran'i Maxwell, dia misy fiovana mitovy amin'ny angovo mekanika, toy ny amin'ny dikan-teny klasika. Na izany aza, ny fahaverezan'ny angovo dia mety ho lehibe kokoa noho ny fikorontanana sy ny fivadihan'ny andriamby amin'ny mpitari-dalana. Ho an'ity dikan-kodiarana ity dia azontsika atao ihany koa ny mamaritra ny fahombiazany amin'ny fomba mitovy amin'ny voalaza teo aloha ho an'ny dikan-teny mahazatra. Hahaliana ny fampitahana ny soatoavina azo. Mora ny maminavina fa ny mpitari-dalana dia tsy voatery ho mahitsy (mety ho, ohatra, wavy) ary avy eo dia ho mahaliana kokoa ny fihetsiky ny kodia.
ary fitahirizana angovo
Ny andrana natao tamin'ny kodiaran'i Maxwell dia mamela antsika hanatsoaka hevitra maromaro. Ny tena zava-dehibe amin'ireo dia ny fiovan'ny angovo dia tena fahita eo amin'ny natiora. Misy foana ny antsoina hoe fatiantoka angovo, izay raha ny marina dia fiovana ho endrika angovo izay tsy mahasoa antsika amin'ny toe-javatra iray. Noho izany antony izany, ny fahombiazan'ny milina tena izy, fitaovana ary dingana dia latsaky ny 100%. Izany no antony tsy ahafahana manamboatra fitaovana izay, raha vao mihetsika, dia hivezivezy mandrakizay tsy misy famatsiana angovo avy any ivelany ilaina handrakofana ny fatiantoka. Mampalahelo fa tamin'ny taonjato faha-XNUMX dia tsy fantatry ny rehetra izany. Izany no antony, indraindray, ny biraon'ny patanty ao amin'ny Repoblikan'i Polonina dia mahazo drafitry ny famoronana karazana "fitaovana Universal ho an'ny milina mitondra fiara", amin'ny fampiasana ny angovo "tsy mety ritra" an'ny andriamby (mety hitranga any amin'ny firenena hafa koa). Mazava ho azy fa lavina ny tatitra toy izany. Ny fanamarinana dia fohy: tsy miasa ny fitaovana ary tsy mety amin'ny fampiasana indostrialy (noho izany dia tsy mahafeno ny fepetra ilaina amin'ny fahazoana patanty), satria tsy mifanaraka amin'ny lalàna fototra momba ny natiora - ny fitsipiky ny fiarovana ny angovo.
Photo 1. Fisehoan'ny iray amin'ireo kodiaran'ny andriamby Maxwell.
Mety hahatsikaritra fanoharana eo amin'ny kodiaran'i Maxwell sy ilay kilalao malaza antsoina hoe yo-yo ny mpamaky. Raha ny yo-yo, ny fahaverezan'ny angovo dia mameno ny asan'ny mpampiasa ny kilalao, izay mampiakatra sy mampidina ny tendrony ambony amin'ny kofehy. Zava-dehibe ihany koa ny manatsoaka hevitra fa ny vatana manana fotoana lehibe amin'ny inertia dia sarotra ny mihodina ary sarotra ny mijanona. Noho izany, ny kodiaran'i Maxwell dia mahazo haingana haingana rehefa midina ary mihena tsikelikely koa rehefa miakatra. Ny tsingerina miakatra sy midina ihany koa dia miverimberina mandritra ny fotoana maharitra alohan'ny hijanonan'ny kodiarana. Izany rehetra izany dia satria misy angovo kinetika lehibe voatahiry ao anaty kodiarana toy izany. Noho izany, ny tetikasa dia heverina ho ny fampiasana ny kodiarana amin'ny fotoana lehibe ny inertia ary teo aloha nentina ho tena haingana fihodinana, toy ny karazana "accumulator" angovo, natao, ohatra, ho an'ny fanampiny hetsika ny fiara. Taloha, ny kodiaran-droa mahery vaika dia nampiasaina tamin'ny motera etona mba hanomezana fihodinana bebe kokoa, ary amin'izao fotoana izao dia ampahany manan-danja amin'ny motera fandoroana anatiny ihany koa izy ireo.
