 | Униполярная электромагнитная индукция |  |
Униполярная электромагнитная индукция
Анимация Описание Явление униполярной индукции является частным случаем электромагнитной индукции и возникает при вращении проводящих тел, обладающих собственной намагниченностью либо помещенных во внешнее магнитное поле. Традиционная схема опыта иллюстрирующего униполярную индукцию приведена на рис. 1. Геометрия наблюдения униполярной индукции 
Рис. 1 О и С - соответственно фиксированный и подвижный контакты. К вращающемуся с постоянной угловой скоростью w однородно намагниченному проводящему цилиндру при помощи двух скользящих контактов (0 - на оси и с - на образующей цилиндра) и неподвижных проводов подсоединен вольтметр (V), измеряющий наводимую в замкнутой цепи ЭДС. Если вольтметр идеальный, т.е. имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление, ток в цепи отсутствует и сила Лоренца, действующая на подвижные носители заряда в цилиндре, равна нулю:  ,
где r - расстояние от оси вращения до точки наблюдения (вектор r направлен от оси);  - скорость точки наблюдения;
B - вектор магнитной индукции, который в нерелятивистском приближении ( ) для постоянной намагниченности M можно считать постоянным (B = 4pM при r < R, R - радиус цилиндра); E - напряженность электрического поля, индуцирующегося во вращающемся магнетике. Из приведенного уравнения следует, например, что:  . Вольтметр регистрирует разность потенциалов между поверхностью и осью цилиндра:  ,
совпадающую в этом бестоковом режиме с ЭДС униполярной индукции. При подключении конечного сопротивления (нагрузки) под действием этой ЭДС возникает ток индукции, величина которого зависит от его объемной плотности по телу цилиндра и от качества скользящих контактов. К эффектам униполярной индукции относят также возникновение радиальной электрической поляризации Ре внутри вращающегося магнетика, характеризуемого аксиальной намагниченностью М. При этом суммарный электрический заряд остается равным нулю, но его плотность перераспределяется: внутри цилиндра индуцируется заряд с объемной плотностью:  ,
а на боковой поверхности появляется индуцированный поверхностный заряд с плотностью:  .
Разделение зарядов в движущемся магнетике можно трактовать как релятивистское преобразование электрического и магнитного дипольных моментов. Впервые явления, связанные с униполярной индукцией наблюдал Д.Араго в 1824 г. При вращении медной пластинки под катушкой компаса его стрелка приводилась во вращение. Термин "униполярная индукция" не является удачным, т.к. униполярные машины как минимум биполярны; однако он достаточно распространен. Довольно часто униполярной индукцией называют любые проявления электромагнитной индукции в произвольно движущихся намагниченных телах (твердых, жидких, газообразных). В таком расширенном понимании униполярная индукция лежит в основе механизма возникновения ЭДС в магнитогидродинамических генераторах, позволяет объяснить формирование магнитных полей и динамику магнитосфер звезд, в частности, пульсаров. Временные характеристики Время инициации (log to от -1 до 2); Время существования (log tc от -1 до 15); Время деградации (log td от -1 до 2); Время оптимального проявления (log tk от 0 до 4). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Схема технической реализации представлена на рис. 2. Вращение намагниченного ферромагнетика (диска, цилиндра) 
Рис. 2 Обозначения: 1 - диск, цилиндр; 2 - ось вращения; 3 - электроды; w - угловая скорость вращения диска, цилиндра; V - вольтметр. Намагниченный диск вращается. Чем больше частота вращения, тем большее напряжение показывает вольтметр. Применение эффекта Униполярная индукция, являясь частным случаем электромагнитной индукции, проявляется в любых произвольно движущихся намагниченных телах (твердых, жидких, газообразных); это обеспечивает ее широкое использование в электро-технических системах, например, МГД - генераторах, счетчиках электроэнергии и т.п. Литература  1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. |