Диск Фарадея — в чем секрет генератора

Простой, но не до конца изученный диск Фарадея — занимательное устройство. И оно заслуживает внимания. Этот униполярный генератор умеет при низком напряжении производить большой ток, а также выделять большое количество энергии.

Краткая летопись гениальной задумки

После открытия закона электромагнитной индукции путем многочисленных экспериментов Майклу Фарадею удалось изобрести и первый генератор. Простая установка наглядно демонстрировала трансформацию механической энергии в электрическую. Незатейливая конструкция представляла собой медный диск, который вращался между полюсами постоянного магнита.

Ее недостатки заключались в больших потерях и возникновении противотоков. Устройство признали неэффективным, но не забыли. Много лет ученые пытались модернизировать генератор Фарадея.

Один из значимых примеров такого усовершенствования — разработка Николы Теслы. В ней параллельные диски разделялись металлическим ремнем, что уменьшало потери на трение и значительно повышало эффективность прибора.

В 1950-е годы обнаружилась полезность униполярного генератора Фарадея в импульсных силовых установках. Выяснилось, что он умеет аккумулировать энергию длительный период и молниеносно ее выделять. Появились масштабные разновидности конструкций. Одна из них, созданная Майклом Олифантом, прослужила 20 лет и выдавала ток до 2 МА. Ее элементы выставлены как памятник.

Прототипы изобретения прошли долгий путь. И назывались по-разному. До сих пор инженеры, ученые работают и улучшают производительность устройства. В качестве одного из подходов к таким трансформациям они пользуются численным электродинамическим моделированием.

Принцип действия и применение

Принцип работы диска Фарадея заключается в следующем. Когда он вращается, на электроны вдоль радиуса действует сила Лоренца. Она возникает в результате напряженности магнитного поля плюс скорости перемещения самого электрона и проводника. Между краем и центром диска при этом производится ЭДС.

В чем отличие этого генератора от похожих машин:

• ЭДС и внутреннее сопротивление низкие, а ток большой;
• получаемый ток равномерный, его не нужно коммутировать с коллектором ротора или применять внешние приборы для выпрямления полученного другими аппаратами тока;
• по диску протекают обратные токи, которые его бесполезно нагревают, что приводит к существенным собственным потерям.

Последняя проблема не полностью, но решается, если в конструкции по периметру диска присутствует жидкий проводящий токосъемник. Лучшие результаты показывает устройство, где два диска вращаются навстречу и касаются друг друга.

То, как устроен генератор Фарадея с диском, и сочетание всех свойств обуславливает его использование в специфических условиях: когда малое напряжение, но необходимо получение постоянного тока большой величины. Или нужен мотор, который работает от мощных аккумуляторов с малым напряжением (автомобили, тракторы). Простой, надежный и дешевый прибор нашел применение и в рельсотроне.

Интересный факт: в некоторых звездных системах наблюдаются «копии» опытов ученых. Астрофизики имеют возможность следить за природными магнитными полями и проводящими дисками из плазмы. Уже есть предпосылки для использования энергии космоса человеком.

Что можно сделать самостоятельно

Тем, кто неравнодушен к миру физики и электроники, наверняка захочется смастерить генератор Фарадея своими руками. Пусть это будет фонарик, независимый от источников питания.

Его изготовление требует наличия:

• медицинского шприца (20 мл);
• дрели;
• изоленты;
• светодиодов;
• проволоки;
• неодимовых магнитов;
• паяльника с флюсом и припоем;
• клея;
• проволоки;
• пары проводов;
• картона.

На корпус от шприца устанавливаем два картонных кольца, приклеиваем их. Наматываем проволоку электродрелью — делаем катушку. Прикрепляем резиновую прокладку.

Зачищаем, залуживаем выводы, припаиваем к ним провода, фиксируем изолентой. К проводам присоединяем диоды и отправляем в шприц магниты. Подробнее показано в видео.

При совершении возвратно-поступательных движений в катушке возникнет ЭДС, выработается ток, который запитает диоды. Простейшую самоделку можно усовершенствовать, чтобы ток накапливался, а свечение было постоянным. Для чего на выводы нужно установить ионистор или конденсатор.

Кто знает, вдруг после таких простейших опытов кто-нибудь все-таки сконструирует вечный двигатель, источник бесплатной энергии или пока неизвестный человечеству прибор.