Roth maighnéadach Maxwell

Is fearr aithne ar an bhfisiceoir Sasanach James Clark Maxwell, a mhair ó 1831-79, as córas na gcothromóidí a fhoirmiú mar bhun leictridinimic - agus as é a úsáid chun tonnta leictreamaighnéadacha a bheith ann a thuar. Ní hé seo go léir a chuid éachtaí suntasacha, áfach. Bhí baint ag Maxwell freisin le teirmidinimic, lena n-áirítear. thug an coincheap an "Demon" cáiliúil a stiúrann an ghluaiseacht na móilíní gáis, agus díorthaithe foirmle cur síos ar an dáileadh a gcuid treoluas. Rinne sé staidéar freisin ar chomhdhéanamh dath agus chum sé feiste an-simplí agus suimiúil chun ceann de na dlíthe is bunúsaí den dúlra a léiriú - prionsabal an chaomhnaithe fuinnimh. Déanaimis iarracht aithne níos fearr a chur ar an ngléas seo.

Tugtar roth nó luascadán Maxwell ar an ngaireas luaite. Déileálfaimid le dhá leagan de. An Chéad Beidh a chumadh ag Maxwell - a ligean ar a dtugtar clasaiceach é, ina bhfuil aon maighnéid. Níos déanaí déanfaimid plé ar an leagan modhnaithe, atá níos iontach fós. Ní hamháin go mbeimid in ann an dá rogha taispeána a úsáid, i.e. turgnaimh cáilíochta, ach freisin chun a n-éifeachtacht a chinneadh. Is paraiméadar tábhachtach é an méid seo do gach inneall agus meaisín oibre.

Tosaímid leis an leagan clasaiceach de roth Maxwell.

Lynx. aon. An leagan clasaiceach de roth Maxwell: 1 - barra cothrománach, 2 - snáithe láidir, 3 - acastóir, 4 - roth le huaire ard táimhe.

Taispeántar an leagan clasaiceach den roth Maxwell i bhFíor. fig. 1. Chun é a dhéanamh, ceangailimid slat láidir go cothrománach - is féidir é a bheith ina scuab bata ceangailte le cúl cathaoir. Ansin ní mór duit roth oiriúnach a ullmhú agus é a chur gan gluaiseacht ar acastóir tanaí. Go hidéalach, ba chóir go mbeadh trastomhas an chiorcail thart ar 10-15 cm, agus ba cheart go mbeadh an meáchan thart ar 0,5 kg. Tá sé tábhachtach go dtiteann beagnach mais iomlán an roth ar an imlíne. I bhfocail eile, ba chóir go mbeadh lárionad éadrom agus imeall trom ag an roth. Chun na críche sin, is féidir leat roth beag spóca a úsáid as cart nó clúdach stáin mór ó channa agus iad a luchtú timpeall an imlíne leis an líon cuí casadh sreinge. Cuirtear an roth gan gluaiseacht ar acastóir tanaí ar leath a fhad. Is píosa píopa alúmanaim nó slat é an ais le trastomhas 8-10 mm. Is é an bealach is éasca ná poll a dhruileáil sa roth le trastomhas 0,1-0,2 mm níos lú ná trastomhas an acastóra, nó úsáid a bhaint as poll atá ann cheana féin chun an roth a chur ar an acastóir. Chun nasc níos fearr leis an roth, is féidir an t-acastóir a smeartha le gliú ag pointe teagmhála na n-eilimintí seo roimh bhrú.

Ar an dá thaobh den chiorcal, ceangailimid codanna de snáithe tanaí agus láidir 50-80 cm ar fad leis an ais, áfach, déantar socrú níos iontaofa a bhaint amach tríd an ais a dhruileáil ag an dá cheann le druil tanaí (1-2 mm). feadh a thrastomhas, snáithe a chur isteach trí na poill seo agus é a cheangal. Ceanglaíonn muid na foircinn atá fágtha den snáithe leis an slat agus mar sin crochaimid an ciorcal. Tá sé tábhachtach go bhfuil ais an chiorcail go docht cothrománach, agus go bhfuil na snáitheanna ingearach agus go cothrom spásáilte óna eitleán. Ar mhaithe le hiomláine na faisnéise, ba chóir a chur leis gur féidir leat roth críochnaithe Maxwell a cheannach freisin ó chuideachtaí a dhíolann áiseanna teagaisc nó bréagáin oideachais. San am a chuaigh thart, úsáideadh é i mbeagnach gach saotharlann fisice scoile. 

An chéad turgnaimh

Cuirimis tús leis an gcás nuair a bhíonn an roth ar crochadh ar an ais chothrománach sa suíomh is ísle, i.e. tá an dá snáithe unwound go hiomlán. Tuigeann muid acastóir an roth lenár mhéara ag an dá cheann agus rothlaíonn muid é go mall. Dá bhrí sin, déanaimid gaoithe na snáitheanna ar an ais. Ba chóir duit aird a thabhairt ar an bhfíric go bhfuil an chéad casadh eile den snáithe spásáilte go cothrom - ceann in aice leis an gceann eile. Caithfidh an t-acastóir roth a bheith cothrománach i gcónaí. Nuair a théann an roth i dtreo an tslat, stop an foirceannadh agus lig don acastóir bogadh go saor. Faoi thionchar meáchain, tosaíonn an roth ag bogadh síos agus scaoileann na snáitheanna as an acastóir. Casann an roth go han-mhall ar dtús, ansin níos tapúla agus níos tapúla. Nuair a bhíonn na snáitheanna neamhfhillte go hiomlán, sroicheann an roth a pointe is ísle, agus ansin tarlaíonn rud éigin iontach. Leanann rothlú an roth sa treo céanna, agus tosaíonn an roth ag bogadh suas, agus déantar snáitheanna a fhoirceannadh timpeall a ais. Laghdaíonn luas an roth de réir a chéile agus sa deireadh éiríonn sé cothrom le nialas. Is cosúil go bhfuil an roth ansin ar an airde chéanna is a bhí sé sular scaoileadh saor é. Is iomaí uair a dhéantar na gluaiseachtaí suas agus síos seo a leanas. Mar sin féin, tar éis cúpla nó dosaen gluaiseachtaí den sórt sin, tugaimid faoi deara go n-éiríonn an airde a ardaíonn an roth níos lú. Faoi dheireadh stopfaidh an roth sa suíomh is ísle. Roimhe seo, is minic is féidir ascaluithe ais an roth a urramú i dtreo ingearach leis an snáithe, mar atá i gcás luascadán fisiceach. Mar sin, uaireanta tugtar luascadán ar roth Maxwell.

Lynx. aon. Príomhpharaiméadair roth Maxwell: - meáchan, - ga an rotha, - ga acastóra, - meáchan an roth leis an acastóir, - luas líneach, ₀ - airde tosaigh.

Mínímid anois cén fáth a n-iompraíonn roth Maxwell ar an mbealach seo. Ag foirceannadh na snáitheanna ar an acastóir, ardaigh an roth ar airde ₀ agus oibrigh tríd (fig. 2). Mar thoradh air sin, tá fuinneamh féideartha domhantarraingthe ag an roth ina sheasamh is airde _parna shloinneadh leis an bhfoirmle [1]:

Cá bhfuil an luasghéarú titim saor in aisce,.

De réir mar a scaoileann an snáithe, laghdaítear an airde, agus leis sin fuinneamh poitéinsiúil an domhantarraingthe. Mar sin féin, ardaíonn an roth luas agus mar sin faigheann sé fuinneamh cinéiteach. _ka ríomhtar leis an bhfoirmle [2]:

cá bhfuil móimint táimhe an rotha, agus an é a threoluas uilleach (= /). Sa suíomh is ísle den roth (₀ = 0) tá an fuinneamh poitéinsiúil cothrom le nialas freisin. Ní bhfuair an fuinneamh seo bás, áfach, ach d'iompaigh sé ina fhuinneamh cinéiteach, is féidir a scríobh de réir na foirmle [3]:

De réir mar a ghluaiseann an roth suas, laghdaítear a luas, ach méadaíonn an airde, agus ansin déantar an fuinneamh cinéiteach mar fhuinneamh féideartha. D'fhéadfadh na hathruithe seo aon méid ama a ghlacadh más rud é nach raibh sé le haghaidh an fhriotaíocht ar ghluaiseacht - friotaíocht aeir, friotaíocht a bhaineann le foirceannadh an snáithe, a éilíonn roinnt oibre agus a chur faoi deara an roth go mall síos go dtí stad iomlán. Ní chuireann an fuinneamh brú, toisc go n-eascraíonn an obair a dhéantar chun an fhriotaíocht ar thairiscint a shárú méadú ar fhuinneamh inmheánach an chórais agus méadú gaolmhar ar theocht, a d'fhéadfaí a bhrath le teirmiméadar an-íogair. Is féidir obair mheicniúil a thiontú go fuinneamh inmheánach gan teorainn. Ar an drochuair, tá an próiseas droim ar ais á choinneáil siar ag an dara dlí teirmidinimic, agus mar sin laghdaítear poitéinseal agus fuinneamh cinéiteach an roth sa deireadh. Is féidir a fheiceáil gur sampla an-mhaith é roth Maxwell chun claochlú fuinnimh a thaispeáint agus prionsabal a iompar a mhíniú.

Éifeachtúlacht, conas é a ríomh?

Sainmhínítear éifeachtacht aon mheaisín, feiste, córais nó próisis mar an cóimheas idir an fuinneamh a fhaightear i bhfoirm úsáideach. _u chun fuinneamh a sheachadadh _d. Sloinntear an luach seo mar chéatadán de ghnáth, mar sin cuirtear an éifeachtúlacht in iúl leis an bhfoirmle [4]:

                                                        .

Tá éifeachtacht rudaí nó próisis fíor i gcónaí faoi bhun 100%, cé gur féidir agus gur chóir go mbeadh sé an-ghar don luach seo. Lig dúinn an sainmhíniú seo a léiriú le sampla simplí.

Is é fuinneamh úsáideach mótar leictreach fuinneamh cinéiteach na gluaisne rothlacha. Chun go n-oibreoidh inneall den sórt sin, ní mór é a thiomáint le leictreachas, mar shampla, ó cheallraí. Mar is eol duit, is cuid den fhuinneamh ionchuir is cúis leis na foirceannadh a théamh, nó is gá é chun na fórsaí frithchuimilte sna imthacaí a shárú. Dá bhrí sin, tá an fuinneamh cinéiteach úsáideach níos lú ná an leictreachas ionchuir. In ionad fuinnimh, is féidir luachanna [4] a chur in ionad an fhoirmle freisin.

Mar a bhunaíomar níos luaithe, tá fuinneamh féideartha domhantarraingthe ag roth Maxwell sula dtosaíonn sé ag bogadh. _p. Tar éis timthriall amháin de ghluaiseachtaí suas agus síos a chríochnú, tá fuinneamh féideartha imtharraingteach ag an roth freisin, ach ag airde níos ísle. ₁mar sin tá níos lú fuinnimh. Léirímid an fuinneamh seo mar _P1. De réir na foirmle [4], is féidir éifeachtacht ár roth mar tiontaire fuinnimh a chur in iúl leis an bhfoirmle [5]:

Léiríonn Foirmle [1] go bhfuil fuinneamh féideartha comhréireach go díreach leis an airde. Nuair a chuirtear foirmle [1] in ionad foirmle [5] agus na marcanna airde comhfhreagracha á gcur san áireamh agus ₁, ansin faigheann muid [6]:

Déanann Foirmle [6] éifeachtacht chiorcal Maxwell a chinneadh go héasca - is leor na hairde comhfhreagracha a thomhas agus a gcomhrann a ríomh. Tar éis timthriall amháin de ghluaiseachtaí, is féidir leis an airde a bheith fós an-ghar dá chéile. Féadann sé seo tarlú le roth atá deartha go cúramach agus le móimint táimhe ardaithe go hard airde. Mar sin beidh ort tomhais a ghlacadh le cruinneas iontach, rud a bheidh deacair sa bhaile le rialóir. Fíor, is féidir leat na tomhais a athdhéanamh agus an meán a ríomh, ach gheobhaidh tú an toradh níos tapúla tar éis foirmle a dhíorthú a chuireann fás san áireamh tar éis níos mó gluaiseachtaí. Nuair a dhéanaimid an nós imeachta roimhe seo maidir le timthriallta tiomána arís, agus ina dhiaidh sin sroichfidh an roth a airde uasta _n, ansin beidh an fhoirmle éifeachtúlachta mar [7]:

airde _n tar éis cúpla nó dosaen nó mar sin timthriallta gluaiseachta, tá sé chomh difriúil ó ₀go mbeidh sé éasca é a fheiceáil agus a thomhas. Is gnách go mbíonn éifeachtacht roth Maxwell, ag brath ar shonraí a mhonarú - méid, meáchan, cineál agus tiús na snáithe, etc. - 50-96%. Faightear luachanna níos lú do rothaí le maiseanna beaga agus gathanna ar fionraí ar shnáitheanna níos déine. Ar ndóigh, tar éis líon sách mór timthriallta, stopann an roth sa suíomh is ísle, i.e. _n = 0. Déarfaidh an léitheoir aireach, áfach, go bhfuil an éifeachtúlacht a ríomhtar de réir foirmle [7] cothrom le 0. Is í an fhadhb atá ann, i ndíorthú na foirmle [7], gur ghlacamar go hintuigthe le toimhde simpliúcháin bhreise. Dar leis, i ngach timthriall gluaiseachta, cailleann an roth an sciar céanna dá fhuinneamh reatha agus tá a éifeachtúlacht tairiseach. I dteanga na matamaitice, ghlacamar leis go gcruthaíonn airde leanúnacha forchéimniú geoiméadrach le comhrann. Go deimhin, níor chóir go mbeadh sé seo go dtí go stopann an roth ar deireadh ag airde íseal. Is sampla é an cás seo de phatrún ginearálta, ar dá réir a bhfuil raon feidhme teoranta infheidhmeachta ag gach foirmlí, dlíthe agus teoiricí fisiceacha, ag brath ar na toimhdí agus na simplithe a glacadh le linn iad a fhoirmiú.

Leagan maighnéadach

Lynx. aon. Roth maighnéadach Maxwell: 1 - roth le nóiméad ard táimhe, 2 - ais le maighnéid, 3 - treoir cruach, 4 - cónascaire, 5 - slat.

Anois déileálfaimid leis an leagan maighnéadach den roth Maxwell - cuirtear mionsonraí tógála i láthair Rís. 3 agus 4. Chun é a chur le chéile, beidh ort dhá mhaighnéad neodimiam sorcóireach le trastomhas 6-10 mm agus fad 15-20 mm. Déanfaimid an t-acastóir roth ó fheadán alúmanaim le trastomhas istigh comhionann le trastomhas na maighnéid. Caithfidh balla an fheadáin a bheith tanaí go leor

1 mm. Cuirimid na maighnéid isteach sa fheadán, iad a chur ar fad 1-2 mm óna foircinn, agus gliú iad le gliú eapocsa, mar shampla Poxipol. Ní hionann treoshuíomh cuaillí na maighnéid. Dúnann muid foircinn an fheadáin le dioscaí beaga alúmanaim, rud a fhágann go mbeidh na maighnéid dofheicthe, agus beidh an ais cuma cosúil le slat soladach. Tá na coinníollacha atá le comhlíonadh ag an roth agus conas é a shuiteáil mar a bhí roimhe seo.

Maidir leis an leagan seo den roth, is gá freisin treoracha cruach a dhéanamh ó dhá chuid atá suiteáilte go comhthreomhar. Sampla de fhad na dtreoracha atá áisiúil in úsáid phraiticiúil ná 50-70 cm, na próifílí dúnta (log taobh istigh) den alt cearnach, a bhfuil fad 10-15 mm ar an taobh. Caithfidh an fad idir na treoracha a bheith comhionann le fad na maighnéid a chuirtear ar an ais. Ba chóir foircinn na dtreoracha ar thaobh amháin a chomhdú i leathchiorcal. Chun an ais a choinneáil níos fearr, is féidir píosaí slat cruach a phreasáil isteach sna treoracha os comhair an chomhaid. Ní mór na foircinn atá fágtha den dá ráillí a cheangal leis an gcónascaire slat ar bhealach ar bith, mar shampla, le boltaí agus cnónna. A bhuíochas leis seo, fuair muid láimhseáil compordach is féidir a choinneáil i do lámh nó a cheangal le tripod. Léiríonn an chuma ar cheann de na cóipeanna monaraithe de roth maighnéadach Maxwell PHOT. aon.

Chun roth maighnéadach Maxwell a ghníomhachtú, ceangail foircinn a acastóra le dromchlaí uachtaracha na ráillí in aice leis an gcónascaire. Agus na treoracha á gcoinneáil ag an hanla, claon iad go trasnánach i dtreo na foircinn chothromú. Ansin tosaíonn an roth ag rolladh feadh na dtreoracha, amhail is dá mba ar eitleán claonta. Nuair a shroichtear foircinn bhabhta na dtreoracha, ní thiteann an roth, ach rollaí os a gcionn agus

Lynx. aon. Taispeántar sonraí maidir le dearadh roth maighnéadach Maxwell sa chuid aiseach:

1 - roth le huaire ard táimhe, 2 - acastóir feadán alúmanaim, 3 - maighnéad neodimiam sorcóireach, 4 - diosca alúmanaim.

déanann sé éabhlóid iontach - rollaíonn sé suas dromchlaí ísle na dtreoracha. Is iomaí uair a dhéantar an timthriall gluaiseachtaí a thuairiscítear, cosúil leis an leagan clasaiceach de roth Maxwell. Is féidir linn fiú na ráillí a shocrú go hingearach agus iompróidh an roth díreach mar an gcéanna. Is féidir an roth a choinneáil ar na dromchlaí treorach mar gheall ar mhealladh an acastóra le maighnéid neodimiam i bhfolach ann.

Más rud é, ag uillinn chlaonta mór na dtreoracha, go sleamhnaíonn an roth ar a n-aghaidh, ansin ba chóir foircinn a ais a fhilleadh le sraith amháin de pháipéar páirín mín agus greamaithe le gliú Butapren. Ar an mbealach seo, méadóimid an frithchuimilt is gá chun rolladh gan sleamhnú a chinntiú. Nuair a ghluaiseann an leagan maighnéadach den roth Maxwell, tarlaíonn athruithe den chineál céanna ar fhuinneamh meicniúil, mar atá i gcás an leagan clasaiceach. Mar sin féin, d'fhéadfadh an caillteanas fuinnimh a bheith beagán níos mó mar gheall ar fhrithchuimilt agus maighnéadú aisiompú na dtreoracha. Maidir leis an leagan seo den roth, is féidir linn an éifeachtacht a chinneadh freisin ar an mbealach céanna a thuairiscítear níos luaithe don leagan clasaiceach. Beidh sé suimiúil na luachanna a fhaightear a chur i gcomparáid. Is furasta a buille faoi thuairim nach gcaithfidh na treoracha a bheith díreach (is féidir leo a bheith, mar shampla, wavy) agus ansin beidh gluaiseacht an roth níos suimiúla.

agus stóráil fuinnimh

Ligeann na turgnaimh a rinneadh le roth Maxwell dúinn roinnt conclúidí a tharraingt. Is é an ceann is tábhachtaí díobh seo ná go bhfuil claochluithe fuinnimh an-choitianta sa nádúr. Bíonn caillteanais fuinnimh mar a thugtar orthu i gcónaí, ar claochluithe iad i ndáiríre go foirmeacha fuinnimh nach bhfuil úsáideach dúinn i gcás ar leith. Ar an ábhar seo, tá éifeachtacht meaisíní, feistí agus próisis fíor i gcónaí níos lú ná 100%. Sin é an fáth go bhfuil sé dodhéanta feiste a thógáil a bhogfaidh go deo, a luaithe a bheidh sé ag gluaiseacht, gan soláthar seachtrach fuinnimh atá riachtanach chun na caillteanais a chlúdach. Ar an drochuair, sa XNUMXú haois, níl gach duine ar an eolas faoi seo. Sin é an fáth, ó am go chéile, go bhfaigheann Oifig Paitinní Phoblacht na Polainne dréacht-aireagán den chineál “Gléas Uilíoch le haghaidh meaisíní tiomána”, ag baint úsáide as fuinneamh “neamhexhaustible” maighnéid (is dócha a tharlaíonn i dtíortha eile freisin). Ar ndóigh, diúltaítear tuarascálacha den sórt sin. Tá an réasúnaíocht gearr: ní oibreoidh an gléas agus níl sé oiriúnach le húsáid thionsclaíoch (dá bhrí sin ní chomhlíonann sé na coinníollacha is gá chun paitinn a fháil), toisc nach gcomhlíonann sé dlí bunúsach an dúlra - prionsabal caomhnú fuinnimh.

Grianghraf 1. Dealramh ar cheann de rothaí maighnéadacha Maxwell.

Seans go dtabharfaidh léitheoirí faoi deara analaí éigin idir roth Maxwell agus an bréagán móréilimh ar a dtugtar an yo-yo. I gcás an yo-yo, déantar caillteanas fuinnimh a athlánú trí obair úsáideoir an bréagán, a ardaíonn agus a íslíonn go rithimiúil foirceann uachtair an tsnáithe. Tá sé tábhachtach freisin a thabhairt i gcrích go bhfuil comhlacht a bhfuil nóiméad mór táimhe deacair a rothlú agus deacair a stopadh. Dá bhrí sin, piocann roth Maxwell luas suas go mall agus é ag bogadh síos agus laghdaítear go mall é de réir mar a théann sé suas. Déantar na timthriallta suas agus síos freisin ar feadh i bhfad sula stopann an roth ar deireadh. Tá sé seo go léir toisc go stóráiltear fuinneamh cinéiteach mór i roth den sórt sin. Dá bhrí sin, tá tionscadail á mbreithniú maidir le húsáid rothaí le huaire mór táimhe agus a tugadh isteach i rothlú an-tapa roimhe seo, mar chineál "carntha" fuinnimh, atá beartaithe, mar shampla, le haghaidh gluaiseacht breise feithiclí. San am atá caite, baineadh úsáid as rothaí cumhachtacha in innill ghaile chun rothlú níos cothroime a sholáthar, agus sa lá atá inniu ann tá siad mar chuid lárnach d'innill dócháin inmheánaigh gluaisteán freisin.