Кто изобрел первый электрогенератор — история генераторов
Значение электричества в жизни современного общества трудно переоценить. Сейчас во многих регионах нашей страны отмечается крайняя нестабильность подачи этого важнейшего ресурса, от чего страдает значительная часть населения. В такой ситуации наиболее разумным выходом будет купить генератор. Именно это устройство наилучшим образом поможет избежать неудобств, связанных с отсутствием электричества. Но это сейчас мы не представляем жизни без освещения, телевидения, компьютеров и прочих привычных вещей, работающих с помощью электрического тока — около века тому назад ситуация была совершенно другой.
Изобретение электрического генератора: как все начиналось
Предпосылки к возникновению полезного устройства появились примерно два века тому назад. Именно тогда физики впервые открыли такое явление, как электричество. Спустя время, великий Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию — с нее, собственно, все и началось.
Генератор: история возникновения электромагнитной индукции
Явление было открыто в 1831 году — Фарадей сформулировал закон и подкрепил его экспериментальной базой. А именно, представил публике и научному сообществу устройство, впоследствии названное диском Фарадея. Оно успешно преобразовывало один вид энергии в другой — то есть механику в электрику. Эффективность его была под вопросом, но вот ценность в научном мире — чрезвычайно огромна, ведь именно на его основе появился первый электрогенератор. История гласит, что случилось это через год после появления закона об электромагнитной индукции, в 1832-м, то есть не доходя до середины XIX века.
Сейчас в своем распоряжении мы имеем дизельные и бензиновые генераторы, а также комбинированные модели. В продаже есть устройства с инверторными и обычными видами двигателей, разными конструкционными особенностями, типами запуска, различными размерами. А вот на заре возникновения генераторов устройства отличались сложностью в использовании и примитивностью. Но ценны они не этим — изобретение инновационного прибора подвигло ученых работать дальше и усовершенствовать будущие модели.
Рекомендуем товар
Показать цену
Топливо : дизель | Напряжение, В : 12, 230 | Система пуска : электрический | Номинальная мощность, кВт : 6 | Максимальная мощность, кВт : 6.3 |
Кто изобрел первый электрогенератор
Появлению этого прибора способствовали братья Пиксин — именно им приписывают честь изобретения полезного устройства. Но они сделали его не по собственному почину, а по заказу Андре Ампера.
Да, того самого французского физика, основоположника электродинамики и автора закона Ампера. За три года до того, как началась история генераторов, Андре Мари Ампер изобрел электромагнитный телеграф, навсегда изменив взгляды на общественную коммуникацию.
Но вернемся к тем, кто изобрел генератор электрического типа впервые. Два брата Пиксин принадлежали к парижским техникам, интересующимся нововведениями в науке. Следовательно, они были знакомы с явлением электромагнитной индукции, открытой Фарадеем, и основывались именно на нем. Заказчик устройства, Андре Ампер, наверное, и не ожидал лучшего результата, ведь все, что делается впервые, обычно далеко от идеала, как и первый электрогенератор. Кто придумал прибор, понятно, а теперь узнаем, как он работал.
Устройство было громадным и тугоподвижным, однако рабочим. Генератор приводился в действие вручную. Поскольку магнит был невероятно тяжелым, а для генерации электричества его следовало постоянно вращать, то дальнейшее использование прибора и тем более выход его в тираж ставились под сомнение. Но свою функцию он выполнял — электрический ток производил. Дополнительно генератор оснастили специальным преобразователем переменного тока в постоянный. Начало было положено — братья Пиксин вошли в историю и, как только мы вспоминаем, что такое электрический генератор, кто и когда изобрел это чудо-устройство, тут же называем имена французов-первопроходцев в этой области науки и техники.
Рекомендуем товар
Показать цену
Топливо : дизель | Напряжение, В : 230, 400 | Система пуска : автоматический, электрический | Расход топлива, л/час : 3.92 | Номинальная мощность, кВт : 20 | Максимальная мощность, кВт : 22 |
Кто придумал генератор: последующие изобретения
После братьев Пиксин этим вопросом заинтересовался Эмилий Ленц. Русский ученый немецкого происхождения, автор закона Джоуля-Ленца, внес немалую лепту в дальнейшее улучшение электрического генератора.
Через год после изобретения первого устройства, в 1833 году, физик пришел к выводу, что электродвигатель также может выступать в качестве подобного прибора, только нужно изменить направление вращения на реверсное. Целых пять лет он воплощал свою гипотезу в жизнь и, наконец, достиг успеха, практически доказав, что был прав. В качестве наглядного пособия он взял электродвигатель Якоби. Поэтому изобретение электрического генератора не обходится также без упоминания Эмилия Христиановича Ленца.
Дальнейшие разработки сводились к добавлению дополнительного количества катушек и магнитов. И вот, в 1843 году Эмилий Штерер изобрел новое устройство для генерации электричества. В нем было шесть катушек и три магнита, они находились во взаимном вращении.
После этого работы не прекращались. В 1851 году, изобрели генератор нового типа, в конструкцию которого был включен не природный, а электрический магнит, что значительно увеличивало мощность устройства. Но постоянные магниты до 1863 года все-таки использовались наряду с электрическими, а именно, их включали в состав обмотки.
Электрический генератор, созданный Генри Уайльдом, впервые полностью основывался на работе электромагнита. Но в тираж устройство пока не вышло — для этого понадобилось еще семь лет и недюжинный талант бельгийского ученого Зеноба Грамма. Благодаря его усилиям появился электрогенератор, который, наконец, запустили в массовые продажи. Конечно, до инверторных генераторов было еще далеко, но основные конструктивные особенности, как это ни удивительно, остались неизменными до сих пор. Это говорит о том, что в общих чертах изобретение самодостаточно и более чем удачно.
Рекомендуем товар
Заканчивается
Показать цену
Топливо : бензин, газ | Напряжение, В : 230 | Система пуска : электрический, ручной | Номинальная мощность, кВт : 7.5 | Максимальная мощность, кВт : 8 |
Современные электрические генераторы
Когда изобрели генератор, которым мы успешно пользуемся сейчас? Прошло много лет после запуска изобретения Зеноба Грамма, и вот, в начале прошлого столетия появились дизельные генераторы.
Эти мощнейшие устройства с успехом используются во всех сферах жизни общества — от освещения поселков до судоходства. Дизельный электрогенератор побудил инженеров еще более усовершенствовать принцип работы данных устройств. Так появились бензиновые и комбинированные генераторы (газ/ бензин).
Пора было поработать с размерами устройств. Первые электрогенераторы, как уже было сказано, отличались огромными габаритами. Среди современных моделей также есть довольно крупные, правда, для удобства они оснащаются колесами и ручками. Но благодаря стараниям инженеров в продажу поступили также портативные мини-генераторы переносные — не просто надежные и эффективные, но и удобные приборы.
Очень долгое время электрические генераторы приводились в действие с помощью рычагов и шнуров. Это не очень удобный способ, поскольку не всегда удавалось завести устройство с первого раза. Кроме того, нужно было применять массу усилий. В ответ на возрастающий спрос населения изобрели генераторы с электростартером — теперь достаточно просто нажать на кнопку и устройство заработает.
Но технические достижения в этой сфере пошли еще дальше. Возникла необходимость в отложенном запуске электрических устройств, по аналогии с мультиварками или посудомоечными машинами. Так появились генераторы с автозапуском. Эти приборы программируются соответствующим образом и активируются без постороннего вмешательства. Для времен Фарадея — это был бы просто нонсенс!
Упоминая об электрогенераторах XXI века, нельзя не назвать некоторые популярные бренды, появившиеся в двухтысячных годах. Например, огромной популярностью среди потребителей пользуются генераторы EnerSol. Компания возникла в 2013 году и с тех пор специализируется на выпуске этого полезного оборудования.
Также очень надежными считаются генераторы Hyundai от известной корейской компании, основанной в 1939 году. Для многих становится открытием тот факт, что под этой маркой выпускают не только автомобили (по аналогии, с BMW, ранее занимающейся производством пропеллеров). Так вот, к электрогенераторам у специалистов этого бренда также очень ответственный подход, поэтому устройства получаются на удивление качественными и надежными. Эксперты интернет-магазина Vencon рекомендуют обратить на них внимание.
Изобретение электрического генератора стало переворотом в мире электротехники и мощным толчком прогресса вперед. Но и сейчас инженеры продолжают работать над улучшением конструкции и степени удобства незаменимых устройств.
Кто изобрел магнитный генератор и запонтетовал
Каталог магнитов
- Неодимовые магниты
- Диск / Стержень
- Кольцо / Трубка
- Пластина/Призма
- Магниты с зенковкой
- Сегмент / Сектор
- Другие формы
- Большие сильные магниты
- Диаметральное намагничивание
- Магниты для высокой t°
- Ферритовые магниты в форме диска
- Ферритовые магниты в форме кольца
- Ферритовые магниты в форме пластины
- Ферритовые магниты других форм
- Диск/Стержень AlNiCo
- Кольцо / Трубка AlNiCo
- Пластина/Призма AlNiCo
- Другие формы — AlNiCo
- Диск / Стержень SmCo
- Кольцо / Трубка SmCo
- Пластина/Призма SmCo
- Другие формы — SmCo
- Магнитные стержни
- Прямоугольные решетки
- Круглые решетки
- Стержневые сепараторы
- Подвесные железоотделители
- Пластинчатые сепараторы
- Магнитные сепараторы на заказ
- Магнитные крепления с зенковкой (А)
- Магнитные крепления с отверстием (В)
- Магнитные крепления под гайку (С)
- Магнитные крепления под болт (D)
- Магнитный крючок (Е)
- Магниты с зенковкой NdFeB
- Держатели для инструментов и ножей
- Другие крепежи
- Ответные части
- Саморезы
- Магнитный винил с клеем
- Магнитный винил без клея
- Магнитная фотобумага
- Магнитная лента
- Магнитный винил с ПВХ
- Цветной магнитный винил
- Магнитные сборщики на колесах
- Стержневые магнитные сборщики
- Магнитные коллекторы
- Магнитные сборщики на вилочный погрузчик
- Гибкие магнитные щупы
- Магнитные уголки для сварки
- Отключаемые грузозахваты
- Ручные магнитные грузозахваты
- Магнитные тарелки
- Магнитные плиты
- Магнитный штатив для индикатора
- Разделитель магнитов
- Магнитные аксессуары
- Телескопические магниты
- Магниты для бейджей
- Офисные магниты
- Эксперименты с магнитами
- Магнито-маркерные доски
- Железный порошок
- Магнитный планер
- Фиксаторы для входных дверей
- Стопоры для межкомнатных дверей
- Мебельные магниты
- Магнитный держатель для ножей
- Автодержатели
- Магнитные шторы
- Клеи
- Магнитные полки
- Магнитные фонари
- Неокубы
- Магнитные шахматы
- Магнитный конструктор
- Магниты для творчества
- Магнитные кнопки
- Магниты в ПВХ
- до 30 гр.
- до 60 гр.
- до 80 гр.
- до 100 гр.
- до 140 гр.
- до 160 гр.
- до 200 гр.
- более 200 гр.
- Винил
Главная / Новости / История магнитного генератора Джона Серла
История магнитного генератора Джона Серла
История магнитного генератора Джона Серла
Спасение нашей планеты — это грандиозная задача. Если мы захотим восстановить экологию, нужно будет сделать много полезной работы. Как только вы на это решитесь, вам понадобится очень много энергии. Она должна быть дешевой и полностью экологически чистой. Более 60 лет Джон Серл пытался дать миру новый тип энергетической системы, которая освободила бы человечество от нефтяного бремени и ажиотажа вокруг топливных ресурсов. Не имея классического образования уже в конце 40х — начале 50х годов Джон Сёрл создал то, что называют «вечный двигатель» или источник экологически чистой и бесконечной энергии, который функционировал на основе уравновешенной магнитной системы. Это устройство было названо позже SEG (Searl Effect Generator), генератор эффекта Сёрла.
Данный генератор — магнитное устройство, которое является полностью магнитным. У него свой собственный двигатель, который сам включается и продолжает работать и, насколько мы можем судить, никогда не останавливается. Эффект Серла — это эффект магнетизма, основанный на магнитных полях, которые заставляют магнитные ролики непрерывно вращаться вокруг магнитных колец, генерируя электроэнергию. Никакого шума, нагрева, вибрации, никакого загрязнения — все это Генератор Серла. Он способен оторваться от земли и образовать собственное гравитационное поле. Когда вы видите такие вещи, вы понимаете, что это идеальный механизм, важнейшее изобретение, которое человек когда-либо мог создать.
Генератор Серла произведен из редкоземельных элементов (неодим) и имеет сложную структуру. Умножение энергии происходит благодаря структуре магнитного поля, производимого движущимися элементами. Цилиндры с магнитным полем (намагниченные) вращаются вокруг магнитного диска. Особая структура магнитного поля цилиндров и диска заставляет двигаться эти цилиндры (ролики).
Магнитное поле особой формы — это тот инструмент, который является связующим элементом в работе двигателя. Это один из главных компонентов. В отличие от физически осязаемых блоков любого другого двигателя, магнитное поле является лёгким и более тонким способом организации двигателя. Это и заставляет устройство работать намного эффективнее и производить необычные эффекты.
Резонирующая сила генератора Серла
Природа магнитного поля требует более детального изучения и понимания. Ведь связующая теория — закон квадратов — создаёт структуру магнитного поля, благодаря которой происходит умножение энергии.
Волна магнитного поля, которая возникает при наложении магнитных полей роликов и диска, является движущей силой. Эта волна расположена на внешнем крае диска и заставляет ролики подняться и парить над диском, не прикасаясь к нему. Неодимовые магниты, из которых сделаны ролики на внешнем крае диска — притягиваются магнитной волной, что заставляет их оттолкнуться от края диска и двигаться без трения.
Это и есть эффект Серла.
«MAGGER» — новейший генератор электроэнергии от ученого из Украины
Украинский изобретатель создал устройство, которое генерирует электричество, используя магнитное поле. В генераторе магнитное поле вступает во взаимодействие со специальной спиралью. Их функциональный тандем и порождает ток без какого-либо внешнего воздействия. В качестве источника энергии используется неодимовый или ферритовый постоянный магнит.
На сегодняшний день все большую популярность приобретают портативные зарядные устройства. При всей своей компактности они могут стать помощником, когда поблизости нет розетки, а смартфон или планшет разряжен. Данные устройства, несомненно, имеют множество положительных характеристик. Но есть в них и значительный недостаток — недолговечность. Такой зарядный гаджет имеет ограниченное число зарядок. Срок эксплуатации их не очень длительный. В основе устройств такого порядка литий-ионные аккумуляторы, которые имеют ограниченную энергетическую емкость.
Отдельную нишу на рынке мелкой электроники занимают зарядные устройства, функционирующие благодаря миниатюрным солнечным батареям. Следует отметить, что такого рода «зарядки» не эффективны в ночное время и в пасмурную погоду. Кроме того, они наделены тем самым основным недостатком, что и вышеописанные устройства.
Генератор MaGGeR лишен таких негативных характеристик. Он генерирует электроэнергию без остановки.
Срок его эксплуатации измеряется десятками лет (в среднем около 20 лет). Размер такого устройства 5 на 5 сантиметров. Мощность генератора около двадцати Ватт, чего вполне хватит, чтобы обеспечить электроэнергией смартфон или планшет.
Важное отличие MaGGeR от устройств аналогичной направленности в том, что он совершенно не вредит окружающей среде. Генератор является возобновляемым источником энергии.
Первые электрогенераторы и принцип динамо
В статье освещается начальный этап развития электромеханического способа генерирования электроэнергии, завершившийся в середине XIX века созданием динамомашин, идея самовозбуждения которых (принцип динамо) был использован и в ХХ веке для объяснения механизма образования магнитного поля Земли.
АЛЕКСАНДР МИКЕРОВ, д. т. н., проф. каф. систем автоматического управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
Рис. 1. Диск Фарадея
В предыдущих статьях данного цикла рассматривались первые электрические двигатели, созданные в начале XIX века с питанием от единственного известного источника – гальванической батареи [1 — 3]. Низкая экономическая эффективность такого электрохимического источника, препятствующая замене паровых двигателей электрическими, заставляла изобретателей искать другие, электромеханические способы генерации электроэнергии. В данной статье отражен процесс создания электрогенераторов постоянного тока, в результате которого было открыто явление самовозбуждения за счет положительной обратной связи, называемое принципом динамо.
Первый электромеханический генератор был предложен Фарадеем в 1832 г. сразу после открытия им закона электромагнитной индукции (рис. 1) [4, 5]. Диск Фарадея содержит: статор в виде подковообразного магнита – 1 и медный диск (ротор) – 2, снабженный подвижными контактами на оси и ободе.
При вращении диска в магнитном поле в нем наводится ЭДС постоянного знака, вызывающая индукционные токи, текущие по правилу правой руки радиально, т. е. между осью и ободом (в данном случае, снизу вверх). По правилу Ленца индукционные токи создают магнитный поток, препятствующий потоку магнита, т. е. направленный вдоль оси вращения диска. Это единственный известный униполярный генератор постоянного тока, применяемый для выработки больших токов до сих пор. Остальные генераторы постоянного тока являются, по существу, генераторами переменного тока с выпрямителем (коммутатором) на выходе.
Рис. 2. Генератор Пикси
Первый генератор переменного тока был построен во Франции мастером Ипполитом Пикси (Hippolyte Pixii) в том же 1832 г. [4 — 7]. За свою короткую жизнь в 27 лет Пикси создал много научных приборов, включая дилатометрический термометр и вакуумный насос. Генератор Пикси показан на рис. 2, где обозначены: 1 – статор с двумя катушками, включенными последовательно, 2 – ротор с постоянным магнитом, 3 – щеточный коммутатор (выпрямитель). Силовые линии вращающегося магнита пересекают обмотку катушек, наводя в них ЭДС, близкую к гармонической. Идея катушек и вращающегося магнита принадлежит изобретателю, приславшему письмо Фарадею, подписанное латинскими инициалами P.M. Вероятное имя изобретателя – Фредерик Мак Клинток (Frederick Mc-Clintock) – долгое время оставалось неизвестным [7]. Фарадей незамедлительно опубликовал это письмо в научном журнале. Однако это устройство генерировало переменный ток, тогда как в начале XIX века применялся только постоянный ток. Поэтому Пикси по совету Ампера снабдил его щеточным коммутатором. Генератор Пикси использовался Э. Х. Ленцем для доказательства открытого им в 1833 г. принципа обратимости электрической машины. Однако еще долго двигатели и генераторы развивались по отдельности.
При создании высоковольтного дистанционного взрывателя морских мин в 1842 г. [2] Якоби предложил поместить магниты на статоре, а обмотку на роторе, что повысило компактность генератора. Генератор Якоби представлен на рис. 3 [4 — 6], где обозначены: 1 – статор с двумя постоянными магнитами, 2 – вал, 3 – якорь (ротор с обмоткой), 4 – коммутатор, 5 – мультипликатор, т. е. повышающий редуктор для увеличения скорости вращения ротора.
Рис. 3. Генератор Якоби
Аналогичную конструктивную схему имел генератор, предложенный английским инженером Фредериком Холмсом (Frederick Holmes) для питания запатентованной им дуговой лампы. Для серийного производства генераторов в 1856 г. была создана компания «Альянс» [5, 6]. Вид генератора представлен на рис. 4, где: 1 – статор с постоянными магнитами; 2 – ротор с обмоткой (якорь); 3 – центробежный регулятор, 4 – механизм сдвига щеток.
В нем использовался центробежный регулятор Уатта для автоматического поддержания выходного напряжения путем сдвига щеток с нейтрали при изменении нагрузочного тока, что обеспечивало компенсацию реакции якоря. Генератор имел 50 постоянных магнитов, развивал мощность 10 л.с. при весе до 4 тонн. Всего было выпущено более 100 генераторов «Альянс», применявшихся, помимо дуговых прожекторов маяков, и в гальванопластике.
Рис. 4. Генератор «Альянс»
В эксплуатации у машин с постоянными магнитами обнаружился неприятный недостаток снижения выходного напряжения из-за постепенного размагничивания магнитов от вибрации и старения. Другим недостатком возбуждения от постоянных магнитов была невозможность регулирования их магнитного потока для стабилизации генерируемого напряжения. Для борьбы с этими недостатками предлагалось применить электромагнитное возбуждение, обеспечивающее к тому же, как отмечалось в статье [3], большую компактность. Так, преуспевающий английский изобретатель Генри Уайльд (Henry Wilde) получил в 1864 г. патент на генератор с отдельным маломощным возбудителем на постоянном магните, установленном на общем валу с генератором [4 — 6]. Уайльд не имел университетского образования, начинал свою карьеру учеником механика, но ему удалось наладить производство своих генераторов для гальванопластики. Тем не менее, становилось ясно, что наличие постоянных магнитов в генераторах – серьезный тормоз развития телеграфии и электрического освещения.
Кардинальное решение проблемы появилось после открытия возможности самовозбуждения генераторов, названного Сименсом динамоэлектрическим принципом, или принципом динамо [4 — 7]. Идея самовозбуждения состоит в том, что – как показано на рис. 5 – начальный поток возбуждения при пуске машины создается остаточной намагниченностью магнитопровода, где напряжение генератора снимается с обмотки якоря Я, а возбуждение машины выполняется либо обмоткой ОВ1, включенной последовательно с нагрузкой Rн, либо обмоткой ОВ2, включенной параллельно якорю через регулировочный резистор R (так называемое шунтовое возбуждение). Далее поток возбуждения увеличивается за счет положительной обратной связи от генерируемого тока.
Рис. 5. Схема генератора с самовозбуждением
Одним из первых на возможность самовозбуждения генератора указал в патенте 1854 г. датский инженер и организатор железнодорожного сообщения Сорен Хиорт (S?ren Hjorth). Однако, опасаясь слабости остаточной намагниченности, он дополнил генератор постоянными магнитами. Этот генератор Хиорта так и не был реализован. Независимо от Хиорта идею самовозбуждения высказал в 1856 г. профессор Будапештского университета Аньеш Йедлик (?nyos Jedlik). Он также предложил один из первых электродвигателей, описанный в статье [1]. Однако Йедлик своих изобретений не патентовал и сведения о них публиковал весьма скупо, поэтому его новаторские предложения остались незамеченными.
Практически идея самовозбуждения была реализована лишь через десять лет в одно и то же время несколькими изобретателями. В заявке на патент в декабре 1866 г. инженер английской телеграфной компании, ученик Фарадея Самюэль Варлей (Samuel Alfred Varley) предложил схему генератора, аналогичного генератору Якоби, в котором, однако, обмотка возбуждения заменяла постоянные магниты. Схема генератора показана на рис. 6, где: 1 – электромагниты возбуждения, 2 – якорь, 3 – коммутатор, 4 – добавочный регулировочный резистор. Перед пуском сердечники возбуждения намагничивались постоянным током.
Рис. 6. Генератор Варлея
Через месяц, в январе 1867 г., в Берлинской Академии наук был представлен доклад известного немецкого изобретателя и промышленника Вернера Сименса (Werner Siemens) с подробным описанием генератора с самовозбуждением, названного им динамо-машиной. Перед пуском генератор включался как двигатель для намагничивания возбуждения. Впоследствии Сименс наладил широкий промышленный выпуск таких генераторов в Германии.
В феврале того же 1867-го г. известный английский физик Чарльз Уитстон (Charles Wheatstone) запатентовал и продемонстрировал генератор с шунтовым возбуждением (рис. 5). Владелец мастерской музыкальных инструментов, перенявший дело от своего отца, впоследствии профессор Королевского колледжа King’s College в Лондоне, Уитстон известен также своими изобретениями метода измерения сопротивления (мост Уитстона), однофазного синхронного электродвигателя, музыкального инструмента концертино, стереоскопа, хроноскопа (электрического секундомера) и усовершенствованного вида телеграфа Шиллинга.
В печати возникла дискуссия о приоритете данного технического решения, на который претендовали также Уайльд и Хиорт. Следует отметить, что существует три вида приоритета: научный, патентный и промышленный. Научный приоритет принадлежит ученому, впервые опубликовавшему или публично продемонстрировавшему какое-либо устройство, эффект или теорию. Промышленным приоритетом владеет лицо или компания, впервые наладившие производство изделия и его широкое внедрение. Например, при открытии радио научный приоритет принадлежит Попову, а патентный и промышленный – Маркони. Относительно генератора с самовозбуждением следует признать патентный приоритет за Варлеем, научный – за Йедликом и Сименсом, а промышленный – за Сименсом. Уитстону же принадлежит приоритет в частном, хотя и весьма важном, техническом решении – шунтовом возбуждении.
Дальнейшее улучшение характеристик динамо-машины было связано с изменением конструкции ее якоря путем применения в 1867 г. бельгийским электротехником Зиновием Граммом (Zenobe Gramme) кольцевого якоря, а затем внедрением барабанной намотки, предложенной в 1872 г. Гефнером Альтенеком (Hefner Alteneck), ведущим конструктором компании Сименс-Гальске [5 — 7]. После этого электродвигатели и генераторы практически приняли современный вид. Однако к концу XIX века в связи с широким внедрением систем переменного тока основная доля электроэнергии на гидро- и тепловых электростанциях вырабатывалась уже генераторами переменного тока.
Рис. 7. Модель геодинамо
Что касается самого принципа динамо, то о нем снова вспомнили уже в ХХ веке для объяснения причин земного магнетизма, которое Эйнштейн в 1905 г. назвал одной из пяти главных загадок физики того времени [8, 9]. До сих пор окончательного ответа, подтвержденного компьютерным моделированием или физическими экспериментами, не получено, но наиболее популярной является теория, называемая гидромагнитным динамо (геодинамо). Еще со времен Уильяма Гильберта (конец XVI века) установлено, что Земля – это гигантский магнит, силовые линии которого направлены от южного полюса к северному. Согласно уравнениям Максвелла, магнитные потоки могут создаваться только токами, поэтому естественно было предположить, что Земля – это электромагнит, токи которого текут в плоскостях, параллельных экватору, а сердечником служит твердое ферромагнитное ядро Земли, показанное на рис. 7, с предполагаемым вертикальным расположением оси вращения Земли. Это железоникелевое ядро (1) диаметром около 1200 км окружено жидкой оболочкой (2) из тех же металлов толщиной 2300 км, за которым следуют горные породы мантии и коры Земли.
Если предположить, что вследствие вращения Земли (3) в жидкой оболочке ядра образуются концентрические течения в плоскостях, параллельных экватору (на рисунке не показаны), то в них могут индуктироваться токи за счет пересечения силовых линий (4) магнитным потоком от твердого ядра – как в генераторе Фарадея. Однако твердое ядро принципиально не может быть намагниченным, поскольку его температура, вызванная термоядерными реакциями, выше 5000 о С (как на поверхности Солнца), а все ферромагнитные материалы теряют свои магнитные свойства выше точки Кюри (около 750 о С). Кроме того, ученые не могли предложить разумного объяснения причин образования таких концентрических течений. Поэтому в настоящее время принята более сложная модель, называемая конвективным геодинамо.
Температура поверхности жидкого ядра на границе с мантией (5) примерно на 600 о С ниже температуры твердого ядра, что вызывает радиальные конвективные потоки жидкости (6), которые под действием кариолисовых сил, вызванных вращением Земли, закручиваются в вихри (7), ось вращения которых совпадает с осью вращения Земли. Далее в этих жидких вихрях, аналогично диску Фарадея, индуктируются токи, создающие магнитные потоки (4) вдоль оси вращения Земли.
Более сложным является вопрос о первоначальном образовании магнитного поля Земли. В 1919 г. ирландский физик и математик Джозеф Лармор (Joseph Larmor), выпускник Кембриджского университета, один из создателей теории электрона и основателей релятивистской теории, предложил для его решения идею самовозбуждения, аналогичного процессу в динамо-машине. Необходимая первоначальная намагниченность мантии Земли могла быть вызвана магнитным полем Солнца, направленным вдоль оси вращения. Затем за счет механизма положительной обратной связи в вихрях жидкости постепенно нарастали токи, намагничивающие мантию, пока локальный нагрев жидкого ядра за счет омических потерь не начал разрушать конвективные потоки и магнитное поле Земли не приняло устойчивый современный уровень [8, 9].