Парадокс Трансформатора. О  ПРИРОДЕ    ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА

                

                                

      Введение


Патент №2138872
— Трансформатор с регулируемым коэффициентом трансформации. Золотухин Владимир Алексеевич

     Занимаясь своей будущей « Электромагнитной теорией»,  Д. Максвелл никак не мог найти нужного ему переносчика  взаимодействия между переменным магнитным потоком и индуктируемой в катушке э.д.с. После долгих раздумий и колебаний  Д.Максвелл,  опираясь на  кажущуюся симметричность электрических и магнитных  явлений и советы К.Неймана,  искусственно  ввел в свою теорию т.н. «вихревое  электрическое поле», снабдив его свойствами, обеспечивающими  возможность  взаимной обратимости электрических и магнитных полей, совершенно необходимыми ему для создания математического аппарата своей теории… За  полторы сотни лет своего развития электромагнитная теория превратилась, с чьей – то «легкой руки», в «феноменологическую» (божественную) и «фундаментальную», надежно отгородившись от всякого посягательства на себя  своими статусами.

       Но, любая теория остается непогрешимой и верной, пока не  обнаружится  хотя бы один факт практического опыта, противоречащий этой теории, одно единственное сомнение в  ее достоверности. Это  должно насторожить, заставить нас пристальней взглянуть на то, что  считается абсолютной истиной.

          И такие сомнения есть…

                                    Парадокс трансформатора

  Взглянем на  давно известный электромагнитный аппарат – трансформатор (рис.1):

                                         Рис.1  

           Зная его принцип действия, можно без особого труда проследить цепочку энергетических преобразований в нем — электрическая энергия  Ээ в первичной обмоткеw1 трансформатора преобразуется в энергию Эм магнитного потока Ф  сердечника, которая  во вторичной обмотке w2 трансформатора вновь преобразуется в электрическую энергию ЭЭ (рис 2):                         

                            Рис. 2

   Теперь рассмотрим эту энергетическую цепочку в динамике:

     ЭЭ может изменяться  в очень больших пределах – от 0 до ЭЭ mах. Соответственно, от 0 до Эм max синхронно должна изменяться и Эм – мы это вправе ожидать, ведь Эм  есть звено в энергетической цепочке трансформатора. Но  теория (и реальный факт) говорят о том, что магнитный поток трансформатора, а соответственно и его энергия,  есть величина постоянная и никоим образом  не зависящая от уровня энергии, проходящей через трансформатор. Таким образом, выстроенная нами логическая энергетическая цепочка работы трансформатора не согласуется  с теоретической посылкой о роли магнитопровода в общем устройстве трансформатора. Мы наблюдаем нарушение причинно — следственных связейт.е. ПАРАДОКС. И как бы это не выглядело странным и действительно парадоксальным, приходится признать: магнитный поток в сердечнике трансформатора  участия в передаче энергии через трансформатор не принимает.

                                        Эффекты на трансформаторе 

      Обычный двухобмоточный трансформатор подключим к сети переменного тока. В цепь первичной обмотки  ω1 включим лампочку L1, а в цепь вторичной обмотки ω2 включим  лампочку L2. Условимся, что лампочки горят в полнакала. Снабдим трансформатор третьей обмоткой ω3, охватывающей весь трансформатор.

                                      Рис. 3

      При подаче на  обмотку ω3 переменного напряжения Uy от стороннего источника той же частоты обнаружим , что в зависимости от величины  напряжения Uy или фазы между напряжениями Uy и Uc лампочки L1 и L2 или гаснут или разгораются до полной яркости свечения. Тем самым мы обнаружили эффект влияния «нелогичной» обмотки ω3 на режим работы трансформатора. При манипулировании типами и расположением обмоток ω1 и ω2 на стержнях магнитопровода выясняется, что эффект влияния распадается на 2 части:

 Синхронный эффект – лампочки L1 и L2 погасают или разгораются одновременно;

Асинхронный эффект – одна из лампочек гаснет, в то время как другая разгорается;

Между тем находится такая конструкция и место расположения обмоток, когда эффекты влияния не проявляются вовсе.

      Если на «нелогичную» обмотку ω3 не подавать напряжение Uy, а подключить к ней измерительный прибор – вольтметр, то обнаружим генераторный эффект, который опять же в зависимости от конструкции обмоток и их расположения распадается на:

1) Прямопропорциональный генераторный эффект – в «нелогичной» обмотке генерируется ЭДС (и выделяется мощность) прямо пропорциональная мощности, проходящей через трансформатор.

2) Обратнопропорциональный эффект.

И также, как и в эффектах влияния, есть случай, когда генераторные эффекты не возникают вовсе.

      Изменение яркости свечения, по крайней мере лампочки L1 в эффектах влияния, можно объяснить лишь одним: наблюдается эффект изменения индуктивности первичной обмотки ω1 трансформатора.

      Т.е. индуктивность обмоток трансформатора (дросселя), полученная, как факт при его изготовлении, изменяется(регулируется) как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения ?!! от своего номинала.

     Объяснить все эти эффекты с позиций электромагнитной теории пока никому не удалось.

                                      Принцип действия трансформатора

      Парадокс трансформатора, а также следующий из него и  противоречащий всем канонам электрофизики вывод, заставляют пересмотреть принцип работы обычного трансформатора.   

    Любую совокупность взаимосвязанных событий можно рассмотреть в динамике их развития во времени, даже происходящих, казалось бы, одновременно. Сделать это нам позволяет принцип причинности, согласно которому любую рассматриваемую совокупность событий можно разделить на две группы: «события – причины» и «события – следствия» и, следовательно, позволяет правильно, в строго хронологическом порядке, разместить их на оси времени. Стоит особо заметить, что «событие – причина» и «событие – следствие» не могут происходить одновременно, между ними обязательно должен оставаться  временнóй промежуток, и «событие – следствие» никогда и ни при каких условиях не произойдет  раньше «события – причины».

     Для облегчения понимания сути процессов в трансформаторе, применим «лупу времени» — растянем временнýю шкалу (ось) событий, происходящих с трансформатором во время его работы, и поэтапно рассмотрим  все эти события.

         1. Процесс намагничивания магнитопровода трансформатора

 а) Появление тока в первичной обмотке  (на рисунках обмоткипоказаны в виде сечений витков) вызывает в части магнитопровода трансформатора, размещенной внутри обмотки, переориентацию магнитных полей доменов вдоль возникшего магнитного поля.  На рис. 4 показано наведенное (инициированное) током первичной обмоткимагнитное поле. Дадим ему имя «опорное поле».

                                  Рис. 4

в) Наведенное током первичной обмотки  опорное магнитное поле вследствие упорядочивания магнитных полей доменов резко усиливается (во многие тысячи раз) и начинает расширяться сразу по двум направлениям – по верхнему и нижнему ярмам магнитопровода (показано стрéлками)–  началась «цепная реакция» переориентации магнитных полей доменов магнитопровода, рис. 5. 

                                   Рис. 5

с) Цепная реакция переориентации магнитных полей доменов магнитопровода продолжается, протяженность результирующего поля и его индукция В продолжает увеличиваться. Рис. 6.

                                    Рис. 6

d) Цепная реакция переориентации магнитных полей доменов магнитопровода продолжается, протяженность результирующего поля и его индукция В продолжает увеличиваться. Рис. 7.

                                      Рис. 7

е) Цепная реакция переориентации магнитных полей доменов магнитопровода продолжается, протяженность результирующего поля и его индукция В продолжает увеличиваться. Рис. 8.

                                     Рис. 8

f) Заключительный этап развития магнитного поля в магнитопроводе трансформатора. Весь объем магнитопровода намагничен. Магнитное поле имеет максимальную степень развития – наибольшую протяженность линий магнитной индукции и максимальную индукцию В = Вmax. Рис. 9.

                                    Рис. 9

                   2. Процесс размагничивания магнитопровода трансформатора

       При отключении тока в первичной обмотке, инициированное им опорное поле начинает  стягиваться, сворачиваться на электронах металла первичной обмотки – ведь именно движение электронов в ней породило его. Но сворачивание опорного поля неизбежно вызывает сворачивание наведенного в магнитопроводе магнитного поля в последовательности, обратной развитию. Рис. 9, 8, 7, 6, 5, 4

        3. Анализ процессов намагничивания и размагничивания

                                  магнитопровода трансформатора.

    Первое, что бросается в глаза при рассмотрении поэтапных картинок намагничивания и размагничивания магнитопровода – «магнитное поле способно перемещаться в пространстве» — пучоклиний магнитной индукции перемещается в пространстве окна магнитопровода (магнитная волна). Современная физика отрицает возможность перемещения магнитных полей, у нее магнитное поле не приходит в данную точку пространства, а чудесным образом «возникает» и «исчезает» в ней.

    Второе – появление электродвижущей силы в витках вторичной обмотки очень легко и просто объясняется известной силой Лоренца, возникающей на электронах металла этой обмотки – это именно она смещает электроны к одному из зажимов обмотки, создавая э.д.с. при пересечении витков магнитной волной. Современная физика объясняет возникновение э.д.с. во вторичной обмотке трансформатора гипотетическим «вихревым электрическим полем».

   Третье – парадокс трансформатора исчез – теперь мы знаем, что магнитный поток сердечника трансформатора действительно не участвует в процессе передачи энергии от первичной обмотки к вторичной, переносчиком энергии являются линии магнитной индукции – магнитная волна, перемещающаяся в окне магнитопровода.

Но, магнитопровод трансформатора есть необходимое условие для работы трансформатора,  выполняющее сразу три функции:

1) – является двигателем, перемещающим магнитную волну в пространстве окна,

2) – является усилителем магнитного поля, усиливает индукцию перемещающейся магнитной волны,

3) – является вместилищем, конечным складом накопления развитого магнитного поля.

     Четвертое – мы убедились, что источником энергии, возникающей во вторичной обмотке трансформатора, может быть только энергия движущегося магнитного поля — магнитной волны. Но тогда должен быть и источник ее пополнения и таковым, по простой логике вещей, может быть только электрический ток в первичной обмотке. Сразу напрашивается решение вопроса – движущиеся электроны первичной обмотки генерируют магнитное поле, и на них же это поле сворачивается. Сознавая, что магнитное поле все-таки порождается электрическим током, нетрудно определить условие генерации магнитного поля электронами – это может быть только ускоренное движение электронов, условие свертывания поля – торможение электронов.

Непременным условием генерации магнитного поля электронами является его способность перемещаться в пространстве, расширяться от точки генерации. Эту способность магнитного поля мы уже увидели, оно действительно способно перемещаться в пространстве. Очевидность  этого утверждения  можно подтвердить простым опытом: 

    Удалим сердечник из состава трансформатора и опробуем  его на работоспособность. Трансформации энергии нет. На экране осциллографа характерная кривая  (Рис.10):

                       Рис. 10 

     Острые пики показывают момент срыва генерации магнитного поля – происходит разрушение механической системы «электрон – магнитное поле» – идет «пробуксовка» поля на электронах. Причина – «магнитное давление» в токонесущем контуре обмотки – у магнитного поля нет возможности расширяться в пространстве  — жесткости системы «электрон – магнитное поле» недостаточно для генерации и «упаковки» в контур необходимого количества линий магнитной индукции поля.

    Вернемся к эффектам на трансформаторе. Становится понятным механизм влияния «нелогичной» обмотки на режимы работы трансформатора – электроны обмоток взаимодействуют со сторонними  магнитными полями с той лишь разницей, что сторонние поля не могут свернуться на этих электронах.

 Таким образом, рассмотрев в динамике картину физических процессов, протекающих в работающем  трансформаторе, удалось выявить и понять: магнитное поле не «возникает», как у Максвелла, а генерируется ускоренно движущимися электронами и распространяется в окружающее пространство последовательным механическим перемещением. При торможении электронов магнитное поле, опять же, не «исчезает», как у Максвелла, а в обратной последовательности сходится, свертывается на электронах, его породивших.

Иными словами: электрон и магнитное поле, им рожденное, образуют жесткую механическую систему со всеми свойствами, присущими таким системам (закон сохранения импульса, закон сохранения энергии).

                           4. Энергетические преобразования в трансформаторе

      Процессы генерации и сворачивания магнитного поля сопровождаются отбором энергии из сети и последующим возвратом ее в сеть. Это  есть режим холостого хода трансформатора.  Из установившегося режима холостого хода следует обязательность равенства энергий преобразований: количество энергии, затраченное сетью на генерацию магнитного поля, равно количеству энергии, полученное сетью от его свертывания.

      Процесс генерации магнитного поля сопровождается противодействием первичной цепи трансформатора источнику питания, нам это противодействие известно как «индуктивное сопротивление». При сворачивании магнитного поля на электронах первичной обмотки происходит «подхлестывание» электронов (идет возврат энергии в сеть), воспринимаемое нами как э.д.с. самоиндукции.

      Появление тока во вторичной цепи трансформатора приводит к нарушению баланса энергий преобразований, т.к.  часть своей энергии магнитная волна отдает электронам вторичной обмотки (в сеть вторичной обмотки). Недобор энергии при свертывании поля немедленно восполняется отбором соответствующего количества ее из питающей сети. Баланс энергий преобразований восстанавливается.

           Таким образом, заменив лишенные какого-либо физического смысла понятия «возникновение» и «исчезновение» магнитного поля понятиями «генерация» и «свертывание», мы описали принцип действия трансформатора, не изобретая новые поля и частицы. Мы лишь взглянули на давно известное под другим углом зрения. При этом выяснилось следующее:

           1. Исчез парадокс трансформатора – теперь мы знаем, что магнитный поток сердечника трансформатора действительно не участвует в процессе передачи энергии от первичной обмотки к вторичной, переносчиком энергии является магнитное поле (волна) в пространстве окна магнитопровода.

           2. Э.Д.С. во вторичной обмотке трансформатора создается не вихревым электрическим полем (по Максвеллу), а хорошо известной силой Лоренца.

                           О некоторых свойствах магнитного поля

     Проведем простой эксперимент – выполним обмотки трансформатора экранированным проводом, рабочей частью сделаем центральные жилы и опробуем трансформатор в работе. Трансформатор исправно работает.

    Заменим сетчатый экран на сплошную медную толстостенную трубку. Трансформатор продолжает исправно работать.

    Заменим медную трубку стальной. Никаких видимых изменений в работе трансформатора обнаружено не было.

    Общий вывод из этих опытов – материальных экранов для магнитного поля нет, не существует.

    Мы узнали, что магнитные поля не могут сворачиваться на «чужих электронах», их не породивших, но взаимодействуют с ними по известным правилам (напр. сила Лоренца) и проводили опыт с токонесущим контуром (обмоткой) воздушного трансформатора.

    Отсюда вытекает – магнитное поле способен остановить (экранировать) поток электронов – электрический ток.

    Подведем итог –  новое, что мы узнали о магнитном поле:

 1. Магнитное поле способно перемещаться в пространстве.

 2.  Материальных экранов для магнитного поля  не существует, остановить

      перемещение магнитного поля способен электрический ток (токовая нить,

      токовое полотно) или связывание поля в ферромагнитном контуре (случай

      трансформатора).

   Опыт по обнаружению факта перемещения магнитного поля в пространстве,  график-прогноз и осциллограмма

        Способности магнитного поля перемещаться в пространстве требуется качественное инструментальное подтверждение. Выясним форму графика скоростей магнитного поля,  взяв за основу график тока в первичной  обмотке- Imsin ωt .( Рис.11)

                                         Рис. 11

      Совершенно очевидно, что при всех нулевых значениях тока в первичной цепи будущий график скоростей магнитного поля тоже будет иметь нулевые значения. В точках максимума, когда ускорение электронов равно нулю, скорости перемещения магнитного поля опять же будут равны нулю. Таким образом, через каждую четверть периода график скоростей должен иметь нулевые значения. На каждом таком участке, ограниченном нулевыми значениями, скорость магнитного поля должна вырасти от нуля до максимального значения и снизиться опять до нуля. Во второй половине периода графика тока график скоростей также будет расположен под временнóй осью — меняется направление поля. В итоге формируется приближенная форма графика – он похож на некую двугорбую синусоиду  (см. рис.12). Но аналогов кривой, полученной на осциллограмме, автору ни в математике, ни в физике  найти не удалось.

                                            Рис. 12

                                                    Резюме

       На основании результатов опытов, частично вошедших в данную статью, выявились новые, ранее закрытые понятием «вихревое электрическое поле» свойства магнитного поля:

 1. Магнитное поле рождается (генерируется) ускоренно движущимися электронами и исчезает свертыванием на этих же электронах при торможении последних – электрон и магнитное поле образуют жесткую механическую систему. Способность к перемещению поля в пространстве есть необходимое условие возникновения генерации.

 2. Магнитное поле поддается фокусировке в данную точку пространства – это, по сути дела, есть следствие его способности к перемещению.

 3. Магнитное поле обладает высочайшей проникающей способностью, материальных экранов для него не существует, остановить его перемещение возможно лишь связыванием его в замкнутом ферромагнитном контуре (случай трансформатора) или, частично, в заданной области, потоком электронов – электрическим током.

4. При рассмотрении принципа работы трансформатора не пришлось прибегать к понятию «вихревое электрическое поле» за ненадобностью. Отсюда вывод – т.н. «вихревое электрическое поле», как физическая реальность, не существует.

                                   Автор                         Золотухин Владимир Алексеевич

P.S.   Статья «О природе электромагнетизма» —  в журнальном варианте, из нее частично удалена доказательная часть и несколько глав, выявляющих реальные возможности создания:

    1. Беспроводных средств связи на строго регламентированные расстояния

    2. Принципиально нового способа защиты от электромагнитных излучений

    3. Энергетического канала в пространстве

 Статья защищена патентом РФ № 2138872

                   

Запись опубликована в рубрике Без рубрики. Добавьте в закладки постоянную ссылку.