(Pełny tytuł: Podstawy elektrycznych zjawisk - Teoria Pracy elektrogeneratora Nowaka)
Spis treści
1. Wstęp
2. Struktura materii i prąd elektryczny
3. Pole magnetyczne
4. Napięciowa i prądowa polaryzacja struktury materii
5. Teoria pracy elektrogeneratora Nowaka i innych maszyn elektrycznych - Zakończenie
1. Wstęp
Z opisem konstrukcji elektrogeneratora Nowaka oraz zasadą pracy można pobieżnie zapoznać się na http://niezaleznatelewizja.pl/2013/08/nauka-i-technologia-nowej-ery-27-08-2013/ - gdzie w krótkim filmie Henryk Nowak przedstawia budowę elektrogeneratora. Tutaj zostanie przedstawiona teoria pracy tego elektrogeneratora, a zostanie ona przedstawiona jako szereg zjawisk fizycznych, które przejawiają się dzięki własnościom fundamentalnych składników materii. Czyli teoria pracy elektrogeneratora Nowaka będzie tutaj przedstawiana poczynając od podstawowych oddziaływań, jakie istnieją w materii i są podstawą dla rozwoju i przebiegu wszelkich zjawisk fizycznych, nie tylko w tej maszynie Nowaka. Dla uproszczenia wyjaśnień będą one przedstawione tu skrótowo. Dla osób zainteresowanych szczegółami będą podane linki do odpowiednich stron w internecie.
2. Struktura materii i prąd elektryczny
Aby opisywać wszystkie zjawiska, jakie zachodzą w materii, wystarczy uwzględniać istnienie trzech fundamentalnych składników materii w postaci centralnie symetrycznych pól: protonów, neutronów i protoelektronów. (http://nasa_ktp.republika.pl/Protoelektron.html, http://www.pinopa.republika.pl/Geneza_FZM.html, http://nasa_ktp.republika.pl/Atom_wodoru.html) Istnienie materii w postaci c.s. pól można logicznie wywodzić i uzasadniać poczynając od grawitacyjnych doświadczeń Galileusza. Za pomocą swoich doświadczeń odkrył on, że grawitacyjne przyspieszenie, jakie materialne ciało nadaje innym ciałom (na przykład, Ziemia spadającym na nią przedmiotom) nie zależy od masy tych innych, przyśpieszanych ciał, a zależy jedynie od masy ciała, które nadaje przyśpieszenie.
Zdolność do wzajemnego przyśpieszania materialnych ciał, a na najbardziej elementarnym poziomie: zdolność fundamentalnych składników - c.s. pól, jest fundamentalną własnością materii - jest to fundamentalne oddziaływanie. W tym fundamentalnym oddziaływaniu - a dotyczy to szczególnie fundamentalnych cząstek - można wyróżnić dwie składowe: oddziaływanie grawitacyjne i oddziaływanie strukturalne.
Oddziaływanie strukturalne przejawia się przede wszystkim w taki sposób, że z cząstek - c.s. pól - powstają stabilne strukturalne układy. Oddziaływanie strukturalne jest realizowane przy małych odległościach od centralnych punktów tych cząstek-pól, gdzie znajdują się sferyczne potencjalne powłoki. Każda potencjalna powłoka danej cząstki jest teoretycznym tworem, który w pewien sposób opisuje przyśpieszenia, jakie uzyskują inne cząstki, gdy znajdą się one na potencjalnej powłoce, czyli w pewnej odległości od centrum danej cząstki równej w przybliżeniu promieniowi tej sferycznej powłoki.
Cząstki, znajdując się na potencjalnych powłokach swoich sąsiadek, tworzą stabilne układy strukturalne w postaci atomów, molekuł itd. Istnienie struktur w postaci atomów i molekuł świadczy o istnieniu w obszarze każdego fundamentalnego pola, a szczególnie, w obszarze protonów i neutronów, powłok o różnych promieniach. Dzięki potencjalnym powłokom o mniejszych promieniach formują się atomy różnych pierwiastków i ich składowe podstruktury, np. cząstki alfa. Natomiast, dzięki istnieniu powłok o większych promieniach z atomów powstają kryształy, molekuły i bardziej złożone układy strukturalne.
Istniejąca w naturze tendencja cząstek, aby gromadzić się w większe skupiska istnieje dzięki grawitacyjnej składowej fundamentalnego oddziaływania. Cząstki zbliżają się do siebie dzięki wzajemnym przyśpieszeniom. A gdy zbliżą się do siebie do tego stopnia, że znajdą się na potencjalnych powłokach swoich sąsiadek, to wówczas znajdą się już w takich obszarach, gdzie ich prędkości mogą zostać wyhamowane, a cząstki znajdą się w stabilnych położeniach względem siebie.
Gdy składniki zostają oderwane od struktury i oddalone na pewną odległość, to wówczas to samo grawitacyjne przyśpieszenie działa, aby przywrócić poprzedni stan struktury. Dzięki temu grawitacyjnemu oddziaływaniu w skład struktury mogą powrócić te same cząstki - tak dzieje się, gdy burzący czynnik nie oddali je na zbyt wielką odległość - albo mogą tam znaleźć się zupełnie inne cząstki.
Składowej grawitacyjnej fundamentalnego oddziaływania, która tu jest przedstawiana, nie należy nadawać właściwości, jakie dotychczas w fizyce są przypisywane grawitacyjnemu oddziaływaniu. Bo składowa ta zmienia się według zupełnie innej matematycznej funkcji. Ma to szczególne znaczenie zwłaszcza przy mniejszych odległościach oddziaływania między materialnymi ciałami i ich składnikami. Sprawa dotyczy szczególnie oddziaływania między protonami i protoelektronami.
Dzięki grawitacyjnemu oddziaływaniu proton (jako fundamentalna cząstka materii) przybliża do siebie (przyśpiesza w kierunku swojego centralnego punktu) i zagęszcza w swoim c.s. polu (czyli w istocie, "zagęszcza sam w swoim ciele") istniejące wszędzie wokół jego centralnego obszaru inne fundamentalne cząstki - protoelektrony. Zagęszcza te protoelektrony i jednocześnie za pomocą swoich potencjalnych powłok dzieli zebrane protoelektrony na segmenty, utrzymuje te segmenty wokół siebie i nie pozwala na zbyt łatwe ich oddalanie się. Ale różne czynniki zewnętrzne mogą odrywać atom od molekuły, odrywać neutron bądź proton od atomu albo odrywać elektron - czyli segment składający się z zagęszczonych protoelektronów - od protonu. Wówczas, a dotyczy to szczególnie tego ostatniego przypadku, można mówić o pojawieniu się nowego rodzaju oddziaływania, a mianowicie, oddziaływania elektrostatycznego. Jest to nadal oddziaływanie grawitacyjnej składowej, czyli części fundamentalnego oddziaływania między cząstkami, ale zachodzi ono między składnikami atomów - między elektronami i protonami - wówczas gdy zostają one oddzielone i oddalone od siebie na pewną odległość. I właśnie w takich przypadkach przejawia się wyraźna różnica między właściwościami, jakie dotychczas w fizyce nadaje się grawitacyjnemu oddziaływaniu, i właściwościami oddziaływania elektrostatycznego. Gdy tymczasem według nowej interpretacji grawitacyjnego oddziaływania jest to różnica jedynie w nazewnictwie. Bo należy rozumieć, że w pewnych warunkach oddziaływanie grawitacyjne między składnikami materii jest tak intensywne, że jest zupełnie niepodobne do stosunkowo łagodnego grawitacyjnego oddziaływania, jakie istnieje w innych warunkach i przy dużych odległościach.
Teraz, poznając okoliczności, które wymuszają przepływ prądu elektrycznego, można łatwiej zrozumieć, w jaki sposób powstaje i czym jest prąd elektryczny. Może w tym również pomóc samodzielne przeanalizowanie pracy dowolnego typu maszyny elektrostatycznej. W każdej takiej maszynie następuje odseparowanie materii w postaci zagęszczonych protoelektronów (czyli elektronów) i przeniesienie ich w miejsce odległe od tej części materii, gdzie tych protoelektronów ubyło. W ten sposób jest gromadzony ładunek elektrostatyczny, którego istnienie najczęściej przejawia się w postaci przeskoku iskry elektrycznej. Ale zamiast efektu w postaci przeskoku iskry między elektrodami może być inny efekt. Do elektrod generatora może być podłączony odbiornik energii elektrycznej, przez który będzie stale płynął prąd elektryczny i stale będzie produkowana energia elektryczna.
Można również przeanalizować pracę generatora termoelektrycznego, który jest źródłem prądu elektrycznego, wytwarzanego bez udziału pola magnetycznego.
3. Pole magnetyczne
Sytuacja dotycząca pojęcia pola magnetycznego jest podobna do sytuacji pojęcia siły. Z genezą obu tych pojęć jest związana niewiedza o tym, jaka jest fizyczna istota tego, co pod nimi się kryje. W obu przypadkach zostały użyte słowa o pochodzeniu ludowym, potocznym, których używanie ma nie naukowe, lecz mityczne znaczenie. Albowiem przyjęły się w nauce słowa, których znaczenie i fizyczna istota tego, co się pod nimi kryje, nie są "uczonym" ludziom znane. Pora zatem, aby tym słowom w sposób logiczny nadać fizyczny sens.
Fizyczny sens pojęcia siły, jaka działa na ciało, można obecnie (w oparciu o konstruktywną teorię pola - poczynając od grawitacyjnych doświadczeń Galileusza, poprzez teoretyczne badania Newtona) wywodzić jako iloczyn masy ciała oraz jego przyśpieszenia. Taki logiczny chwyt można również stosować w odniesieniu do fundamentalnych cząstek. Należy jednak mieć na uwadze to, że pierwotnym parametrem jest przyśpieszenie cząstki, które może być potwierdzone doświadczalnie, natomiast siła, która jakoby jest czynnikiem sprawczym i przyśpiesza tę cząstkę, jest parametrem wtórnym. Istnienie tego wtórnego parametru w inny sposób, aniżeli za pośrednictwem efektu w postaci przyśpieszenia ruchu bądź zmiany kierunku ruchu, nie może być potwierdzone. Czyli siła jest jak bóg (czy też Bóg), który działa, bo temu działaniu można przypisać widoczne efekty, ale w jaki konkretnie sposób to robi, tego nie wiadomo.
Sytuacja pojęcia "pole magnetyczne" jest podobna do sytuacji pojęcia "siła" szczególnie pod tym względem, że obecnie w fizyce przypisuje się magnetycznemu polu rolę "czynnika stwórczego", z udziałem którego powstaje pole elektryczne, prąd elektryczny i inne elektryczne zjawiska. Fizycy i elektrycy, gdy nie mogą się posługiwać pojęciem pola magnetycznego, nie potrafią prawidłowo, logicznie, interpretować procesów wytwarzania energii elektrycznej. Jak przedstawiono powyżej, produkcja energii elektrycznej może odbywać się bez udziału pola magnetycznego. Ale często wydaje się, że do wytwarzania prądu elektrycznego jednak niezbędne jest pole magnetyczne. Jednak po głębszej analizie można dojść do wniosku, że zjawisko wytwarzania elektrycznego prądu można również postrzegać jako zjawisko wzbudzania przepływu prądu elektronów, które zachodzi pod wpływem strug elektronowych, które płyną po sąsiedzku. Czyli w interpretacji zjawisk pojęcie pola magnetycznego mogło by być zupełnie pominięte. Ale wyrugowanie z fizycznego słownictwa takich słów, jak "pole magnetyczne", "siła" albo innych podobnego rodzaju, mocno zubożyłoby opisy zjawisk fizycznych i wcale nie przyczyniłoby się do tego, żeby one stały się bardziej zrozumiałe. Zatem nie należy rezygnować z używania tych terminów w fizyce - zamiast tego, należy nadawać im logiczne, zrozumiałe znaczenia. Wówczas w opisach zjawisk elektrycznych, w opisach produkcji energii elektrycznej pojęcie pola magnetycznego będzie miało konkretne znaczenie, które będzie wskazywało, czym jest to pole magnetyczne i skąd ono pochodzi.
5. Napięciowa i prądowa polaryzacja struktury materii
Dla wyjaśnienia istoty magnetyzmu i związanych z nim takich zjawisk, jak pole magnetyczne, indukcja elektromagnetyczna i inne, można wykorzystać pojęcia napięciowej i prądowej polaryzacji struktury materii. Znaczenie napięciowej i prądowej polaryzacji można scharakteryzować opierając się na dwóch zjawiskach - parametrach, które są znane jako napięcie elektryczne i natężenie prądu elektrycznego. Opierając się na strukturalnych własnościach materii można stwierdzić, że wzrost napięciowej polaryzacji struktury materii może być zmierzony jako wzrost napięcia elektrycznego. Ten wzrost napięciowej polaryzacji zachodzi, na przykład, w przypadku pracy generatora elektrostatycznego. Zachodzi wówczas oddzielenie i oddalenie niewielkiej części zagęszczonej materii protoelektronowej w postaci elektronów od materii atomowej, z której część protonów utraciła owe elektrony. W ten sposób w materii powstaje naprężenie układu strukturalnego, które rośnie wraz ze wzrostem ilości oddzielonej materii protoelektronowej. To naprężenie przeciwstawia się zachodzącemu procesowi rozdzielania materii. Ale pod wpływem procesów tarcia, odrywania strukturalnych składników (elektronów) z ich miejsc położenia (w protonach) i ich transportu do nowego miejsca położenia, to naprężenie jest pokonywane i napięciowa polaryzacja staje się coraz większa.
Strukturalne naprężenie - napięciowa polaryzacja - powstaje i zwiększa się w strukturze materii za przyczyną istniejącego stanu i położenia strukturalnych składników. Odłączone od siebie składniki materii dążą do ponownego połączenia, więc kiedy powstają sprzyjające warunki, elektrony podążają do swoich poprzednich miejsc położenia w strukturze. W ten sposób powstaje prąd elektryczny. Wówczas napięciowa polaryzacja, w miarę przepływu nagromadzonych wcześniej elektronów, stopniowo znika. Ale, dopóki istnieje napięciowa polaryzacja, dopóty płynie prąd elektryczny, a w materii wskutek przepływu prądu istnieje prądowa polaryzacja struktury materii.
O przedstawionym przykładzie napięciowej polaryzacji struktury, zachodzącej podczas pracy generatora elektrostatycznego, można powiedzieć, że ta polaryzacja została stworzona w sposób sztuczny, wymuszony. Ale podobna napięciowa polaryzacja struktury materii powstaje w przyrodzie w naturalny sposób wskutek ruchu powietrza. Ostatecznie przejawia się ona w postaci elektrycznego wyładowania w atmosferze, w postaci błyskawicy i grzmotu..
Innym przykładem naturalnej napięciowej polaryzacji struktury materii jest polaryzacja powstająca na styku dwóch różnych substancji chemicznych w stanie stałym bądź na styku cieczy i substancji w stanie stałym. Gdy są to odpowiednio dobrane substancje pod względem zdolności do przewodzenia prądu elektrycznego (przewodności), w których elektrony nie są zbyt mocno związane z pozostałymi składnikami materii, wówczas te substancje nadają się do budowy ogniw elektrycznych i akumulatorów oraz do budowy ogniw i generatorów termoelektrycznych. I w jednym, i w drugim przypadku - w przypadku chemicznych i w przypadku termoelektrycznych źródeł prądu elektrycznego - na styku substancji istnieje polaryzacja napięciowa, która w odpowiednich warunkach przyczynia się do powstawania prądowej polaryzacji struktury materii. I w jednym, i drugim przypadku konieczne jest zamknięcie obwodu elektrycznego, przez który popłynie prąd elektryczny. A w drugim przypadku, z tego względu że napięciowa polaryzacja na kolejnych stykach dwóch substancji, które są rozmieszczone w elektrycznym obwodzie, ma przeciwne kierunki i bez dodatkowego czynnika wzajemnie się zeruje, niezbędny jest czynnik, który to zerowanie polaryzacji będzie likwidował. Tym czynnikiem jest różnica temperatur, jaka powinna istnieć na kolejnych stykach w obwodzie. Gdy w termoelektrycznym generatorze co drugi styk jest, na przykład, ogrzewany, to wówczas wypadkowa, sumaryczna polaryzacja napięciowa, a inaczej mówiąc, wypadkowe napięcie elektryczne jest różne od zera i w zamkniętym obwodzie wymusza przepływ elektrycznego prądu.
Charakter prądowej polaryzacji struktury materii zależy od tego, jaka to jest struktura. Bezpośrednio w miejscu przepływu prądu w elektrycznym obwodzie, czyli w przewodach, odbiornikach energii, powstaje wsteczna polaryzacja napięciowa. O sumie napięć w zewnętrznym obwodzie elektrycznym mówi się, że jest ona równa napięciu źródła prądu i ma przeciwny kierunek polaryzacji. Czym jest ta wsteczna polaryzacja napięciowa najprościej jest prześledzić na przykładzie dwóch równoległych, blisko położonych względem siebie przewodów. Na jeden z przewodów jest podawane napięcie stałe i zaczyna w nim płynąć prąd. Natomiast w drugim przewodzie (i elektrycznym obwodzie) dokonuje się pomiaru napięcia i prądu elektrycznego. Po włączeniu przepływu prądu stałego w pierwszym przewodzie w drugim przewodzie przez krótką chwilę popłynie prąd elektryczny i pojawi się elektryczne napięcie. Potem, pomimo że w pierwszym przewodzie może nadal płynąć prąd stały, to przyrządy do pomiaru prądu i napięcia w drugim obwodzie niczego nie wskażą. Jest to oczywiste, jako że nie istnieją działające transformatory prądu stałego. Pomimo tego w drugim przewodzie będzie istniała polaryzacja napięciowa. Czyli struktura przewodu będzie nadal zachowywała podobny kształt do tego, jaki istniał, gdy w tym przewodzie płynął prąd elektryczny. Ale nie tylko struktura drugiego przewodu będzie zmieniona w wyniku przepływu prądu stałego w pierwszym przewodzie. Zmieniona będzie materialna struktura wszystkiego, co znajduje się wokół. Bo wszystko wokół uzyska również polaryzację prądową. Ta polaryzacja prądowa będzie charakteryzowała się w pierwszym rzędzie tym, że materia protoelektronowa, jaka istnieje w materii atomowej, będzie zagęszczać się wokół przewodu z prądem elektrycznym. Będzie ona tym bardziej zagęszczona, im bliżej będzie znajdowała się od przewodu.
W przypadku jednego przewodu z prądem wniosek o zagęszczeniu materii protoelektronowej wokół przewodu może wydawać się nieuzasadniony. Zatem trzeba tu przypomnieć, co będzie się działo, gdy takich przewodów z prądem będzie położonych obok siebie kilka sztuk i będą one miały pewną swobodę ruchu. (Podobna sytuacja powstaje w przypadku cewki z kilkoma nawiniętymi zwojami.) Wówczas te przewody z prądem przyciągają się i zbliżają się do siebie - właśnie w ten sposób przejawia się zagęszczanie się materii pod wpływem elektrycznego prądu.
Wracając do wstecznej polaryzacji napięciowej, jaka istnieje w drugim równoległym przewodzie, który znajduje się obok przewodu z prądem stałym, a także do prądowej polaryzacji wszystkiego, co istnieje wokół tego przewodu, można powiedzieć, że wszystkie te zmiany to jest właśnie pole magnetyczne wokół przewodu z prądem. Wszystko to istnieje dopóty, dopóki płynie prąd w przewodzie. Gdy prąd zostanie wyłączony, wówczas stopniowo zaniknie polaryzacja prądowa i polaryzacja napięciowa. Wyłączenie prądu w przewodzie będzie skutkowało również tym, że w drugim przewodzie zmiana stopnia polaryzacji struktury doprowadzi do uwolnienia ze struktury pewnej ilości elektronów. Proces uwalniania elektronów oraz powrót napięciowo spolaryzowanej struktury do normalnego stanu przejawi się tym, że w drugim przewodzie ponownie popłynie prąd elektryczny. Będzie on jednak płynął w przeciwnym kierunku.
W innej wersji doświadczenia z dwoma równoległymi przewodami, w jednym przewodzie ciągle płynie prąd elektryczny. A podobny efekt prądowo-napięciowy, czyli efekt elektromagnetyczny, który pojawia się w drugim przewodzie, zachodzi wskutek przybliżania do siebie równoległych przewodów, a następnie oddalania ich od siebie. Ten proces przybliżania i oddalania od siebie przewodów zastępuje do pewnego stopnia włączanie i wyłączanie prądu stałego w pierwszym przewodzie. Przybliżanie przewodu z prądem powoduje zwiększanie stopnia polaryzacji napięciowej i prądowej w drugim przewodzie, a oddalanie - powoduje zmniejszanie stopnia polaryzacji.
W tym doświadczeniu pierwszy przewód, z płynącym w nim prądem elektrycznym, jest źródłem deformacji struktury materii, która to deformacja, gdy przemieszcza się przewód, przemieszcza się wraz z przewodem. Nie jest to stale ta sama deformacja struktury w otoczeniu, bo jej kształt i stopień zależy od tego, jaka materia znajduje się na drodze ruchu przewodu z prądem. Wszelkie zmiany deformacji struktury odbywają się na poziomie fundamentalnych oddziaływań - wzajemne oddziaływania między składnikami materii prowadzą do zrywania starych wiązań między nimi i powstawania nowych, które za chwilę również będą zerwane i zastąpione przez inne.
Podczas produkcji magnesów w ich strukturze utrwalają się oba rodzaje polaryzacji. Istnienie tej polaryzacji jest uwarunkowane asymetryczną budową atomów. Ale ta asymetria to tylko konieczny, ale niewystarczający warunek dla powstania trwałej polaryzacji struktury materii. Atomy większości pierwiastków chemicznych mają asymetryczną strukturę, którą formują protony i neutrony. Z tego powodu, dzięki wzajemnym oddziaływaniom między protonami i neutronami i ich stabilnym położeniom w atomach, mają one w swojej strukturze elementy obu rodzajów polaryzacji. A pomimo tego, tworząc wspólnie molekuły, kryształy i bardziej złożone układy strukturalne, kiedy w pobliżu nich ustanie przepływ elektrycznego prądu, tylko niektóre z nich zachowują trwałą polaryzację struktury. Dzieje się tak dlatego, że tworzone wiązania między tymi atomami nie są dostatecznie trwałe. Te pierwiastki chemiczne, których atomy mogą ze sobą tworzyć najbardziej trwałe wiązania, wchodzą w skład materiałów magnetycznie twardych.
Materiały magnetycznie twarde, nie dość że mają asymetrycznie zbudowane atomy, to jeszcze mają zdolność do tworzenia bardzo trwałych wiązań międzyatomowych. Dzięki temu struktura magnesów z takich materiałów potrafi zachować taki kierunek polaryzacji, jaki istniał podczas ich produkcji, kiedy wyłączono prąd magnesowania. Po ustaniu przepływu elektrycznego prądu zmniejszył się w tych magnesowanych materiałach jedynie stopień polaryzacji, natomiast ogólny kształt spolaryzowanej struktury materii pozostał ten sam. O stopniu polaryzacji struktury namagnesowanego materiału, jaka pozostaje po wyłączeniu magnesującego prądu, mówi się, że jest to magnetyzm resztkowy.
Powszechnie znane magnesy NS mają kołową deformację struktury. Ta deformacja przypomina układ zwojów magnesującej cewki elektrycznej. Istniejący w magnesie układ składników struktury przyczynia się do tego, że oddziaływanie magnesu na otaczającą materię jest podobne do oddziaływania cewki z płynącym w niej stałym elektrycznym prądem. Magnes, podobnie jak cewka z prądem, może służyć do indukowania prądu w otaczającej materii, np. w drugiej cewce. A jak taki proces indukowania prądu przebiega, można obejrzeć w krótkim filmie na http://www.youtube.com/watch?v=t9-1c6NOTQ0.
Wersje doświadczeń, jakie są pokazane w filmie można sobie w myśli uzupełnić. W pierwszym etapie tego uzupełniania można pokazaną w filmie cewkę elektryczną obrócić o 180 stopni i powtórzyć wszystkie czynności wsuwania magnesu do otworu cewki. Co zmieni się w takiej sytuacji? Teraz wskazówka galwanometru będzie wychylała się w przeciwną stronę. To znaczy, jeśli wcześniej, w filmie, przy wsuwaniu magnesu do cewki wskazówka galwanometru wychylała się w lewo, to teraz (przy wsuwaniu tego samego bieguna do cewki) wskazówka będzie wychylała się w prawo. Jak widać, przy wsuwaniu magnesu do cewki (danego bieguna) "od góry" w jej uzwojeniach indukuje się prąd elektryczny, który w jednym i drugim przypadku płynie w uzwojeniach w tym samym kierunku. Galwanometr tego nie wskazuje, bo cewka została obrócona o 180 stopni, ale końcówki cewki nie zostały zamienione miejscami na zaciskach galwanometru. Wskazówka galwanometru wychyliłaby się w tę samą stronę, co poprzednio, jeśli po obróceniu cewki o 180 stopni zostałyby również zamienione miejscami końcówki cewki na zaciskach galwanometru.
A teraz można sobie w myśli przeprowadzić jeszcze inną wersję doświadczeń. Pokazana w filmie cewka może być zamocowana w stojaku w taki sposób, aby w otwór cewki można było wsuwać magnes "od góry" i "od dołu". Wówczas przy wsuwaniu magnesu (tego samego bieguna) do cewki "od góry" strzałka galwanometru wychyli się w jedną stronę, a przy wsuwaniu "od dołu" wychyli się ona w przeciwną stronę. Zatem ta wersja doświadczenia również wykaże, że w cewce indukowany jest prąd elektryczny, którego kierunek jest wymuszony (i określony) przez istniejącą w strukturze magnesu napięciowo-prądową polaryzację.
Za każdym razem wsuwanie magnesu do cewki powoduje powstawanie prądu i jego zanik w momencie zatrzymania ruchu magnesu, natomiast podczas wysuwania magnesu indukowany jest przepływ prądu w przeciwnym kierunku.
A teraz będzie drugi etap uzupełnienia tego, czego brakuje w filmie. Teraz można w myśli przeprowadzić doświadczenie, w którym magnes jest zawieszony nad otworem zamocowanej w stojaku cewki. W pewnym momencie magnes jest uwalniany z uwięzi i przez otwór w cewce opada w dół. Co teraz będzie wskazywał galwanometr?
Teraz można wybierać jedną z dwóch interpretacji przebiegu zjawiska indukowania elektrycznego prądu w cewce. Jako pierwsza na myśl nasuwa się taka wersja, że wskazania galwanometru będą takie, jakby było to doświadczenie z dwoma kolejnymi przesunięciami magnesu: wsuwaniem magnesu do cewki oraz jego wysuwania z cewki. Czyli że wpierw strzałka galwanometru wychyli się w jedną stronę, następnie wychylenie będzie malało do zera, a w tym czasie magnes będzie znajdował się w środkowym położeniu, czyli środek magnesu i środek cewki będą pokrywały się ze sobą. Podczas dalszego ruchu magnesu w cewce, pomimo że magnes nadal będzie przesuwał się w tym samym kierunku, rozpocznie się wychylanie strzałki galwanometru w przeciwną stronę - wychyli się ona do pewnej wartości, a potem nastąpi zmniejszanie się wychylenia.
Na myśl może nasunąć się także druga wersja wskazań galwanometru. Według tej wersji prąd będzie płynął tylko w jednym kierunku. Wpierw, podczas wsuwania magnesu do otworu cewki - do środkowego położenia magnesu w cewce - wartość prądu będzie się zwiększała, a potem, podczas dalszego wsuwania magnesu, aż do jego wyciągnięcia z drugiej strony cewki, wartość prądu będzie malała. Która wersja jest bardziej wiarygodna i prawdopodobna? Można tu założyć, że doświadczenie jeszcze nie zostało przeprowadzone, a na temat kierunku wychylenia strzałki galwanometru można jedynie domyślać się.
Na podstawie wiedzy o tym, że stopień polaryzacji struktury cewki zwiększa się jedynie do momentu, gdy magnes i cewka znajdą się w środkowym położeniu, należy sądzić, że prawdziwa jest pierwsza pomyślana wersja. W położeniu środkowym polaryzacja struktury jest maksymalna. Czyli wzrost polaryzacji już się zakończył, a zatem nie ma również przepływu prądu elektrycznego. Podczas dalszego ruchu magnesu w cewce polaryzacja będzie już tylko malała.
Indukowanie prądu w cewce występuje jedynie wówczas, kiedy zachodzą zmiany polaryzacji. Podczas wsuwania magnesu do cewki jego ruch jest hamowany, bo energia tego ruchu przekształca się w energię polaryzacji oraz przepływającego prądu. Podczas dalszego przesuwania magnesu, kiedy on już minął środek cewki i wysuwa się po drugiej stronie z otworu cewki, nadal istnieje hamowanie ruchu magnesu. Bo istniejące wiązania i bezwładność składników materii cewki działają w kierunku zachowania istniejącego już stanu polaryzacji. Przesuwający się magnes, działając swoją strukturą na strukturę cewki, wymusza teraz zmniejszanie się stopnia polaryzacji struktury cewki, a ten proces jest połączony z przepływem prądu w przeciwnym kierunku.
Taką interpretację indukowania oraz zmian napięcia i prądu elektrycznego w cewce, pod wpływem przesuwanego przez otwór cewki magnesu, potwierdza doświadczenie. Właśnie dzisiaj, 3.10.2013 roku, w godzinach porannych, aby się upewnić w prawdziwości takiej interpretacji, przeprowadziłem doświadczenie z cewką i magnesem. Cewka została wymontowana ze starego transformatora, jako przesuwany magnes posłużyły 4 magnesy w kształcie tabletki (średnica - 18 mm, grubość - 5 mm) połączone z dwoma niewielkim stalowymi śrubami (do których zamocowano odcinki sznurka), do pomiaru napięcia posłużył oscyloskop c1-101 (prod. ZSRR).
5. Teoria pracy elektrogeneratora Nowaka i innych maszyn elektrycznych - Zakończenie
W tytule niniejszego artykułu został wspomniany elektrogenerator Nowaka, aby nawiązać do interesującego wynalazku. Czy ten wynalazek spełni pokładane w nim (przez autora i inne osoby) nadzieje, to okaże się w przyszłości podczas badań prototypów i później, podczas jego praktycznego wykorzystania. Informacja o wynalazku Nowaka przyczyniła się do powstania niniejszego artykułu o podstawach zjawisk elektrycznych. Po opisaniu tych podstaw można by zagłębiać się w szczegóły budowy i zasady działania elektrogeneratora Nowaka. Ale elementy budowy i zasady działania tej maszyny nie odbiegają swoją istotą od podobnych parametrów innych maszyn elektrycznych. A z tymi szczegółami można zapoznać się korzystając z innych opracowań, na przykład, podobnego typu jak na http://zoise.wel.wat.edu.pl/dydaktyka/Materialy_dla%20studentow_Studia_podyplomowe_Inwestycje_i_Zarzadzanie_Projektami_Wykorzystujacymi_OZE/W1_2_Wprowadzenie_do_przetwarzania_energii_w_OZE.pdf.
Przedstawione podstawy zjawisk elektrycznych są w istocie podstawami zjawisk magnetycznych, elektromagnetycznych i innych pokrewnych. Bo jak można się przekonać, nie istnieją zjawiska elektryczne, magnetyczne, elektromagnetyczne i inne, które byłyby niezależne od zjawisk, jakie zachodzą na fundamentalnym poziomie z udziałem fundamentalnych cząstek: neutronów, protonów i protoelektronów. Korzystając z pojęć, które są związane z magnetyzmem, dobrze jest wiedzieć, jakie są ich fizyczne znaczenia i co one mają wspólnego z budową i składnikami materii.
Bogdan Szenkaryk "Pinopa"
Polska, Legnica, 2013.10.03.
Komentarze