Розглянемо приклад. Магніт дві-жется лінійно (або обертається) щодо котушки з про-вода. Змінюється магнітне поле створює індуковане вихровий електричне поле, наводить ЕРС індукції в витках (ЕДСi). Почерк-ньому, що вихровий електричне поле супроводжує будь-який рухомий маг-ніт. У котушці без феромагнітного сердечника вся ЕРС в витках створюється постійно змінюваних нулем магніту (і толь-ко їм). А якщо цю котушку замкнути на навантаження? За нею піде струм. Магніт-ве поле струму буде гальмувати магніт. Це, можна сказати, класичну електро-механічне перетворення енергії. Важливо відзначити, що в даному досвіді ВСЕ магнітне поле, индуцирующее ЕРС в витках котушки, йде тільки від магніту (без урахування самоіндукції).
В іншому досліді магніт рухається вже щодо котушки з ферромагніт-ним сердечником. При цьому магніт намагнічує сердечник при наближенні, а при видаленні магніту феро-магнітний (а також з будь-якого шматка заліза, сталі, фериту) сердечник раз-магнічівается. Оскільки магнітна проникність феромагнетика у багато разів більше повітря, то більшу частину ЕРС в витках котушки вже Навої-дит не саме поле магніту, а поле феро-магнітного сердечника. Роль магніту зводиться до створення нуля.
Але чи тільки з магнітом пов'язано поле феромагнітного сердечника? От-нюдь! Значна частина магнітного поля замкнута навколо сердечника по повітрю, взагалі минаючи магніт! Полу-чає, що змінне магнітне поле залізного сердечника індукує вих-ревое електричне поле. А магнітне і електричне поля спільно обра-товують потік енергії, що характеризується так званим вектором Пойнтінга (S = ExH), цей потік енергії вже ні-як не пов'язаний з першоджерелом маг-нітних поля - постійним магнітом. Взагалі навколо будь-якого шматка заліза, коли повз проносять магніт, «волшеб-ним» чином виникає своє електро-магнітне поле, і потік енергії, вже не пов'язаний з першоджерелом на-магнічівающего поля! Також важливо, що в самому постійному магніті ника-кая ЕРС пе діє, що неможливо в котушці з дроту зі струмом. Магніт-ні моменти електронів, спини елек-трону в постійному магніті це свого роду квантові (назвемо їх так) струми, які не реагують ні па які вих-ревие електричні поля. Спін елек-трону умоглядно можна уподібнити такого собі вічно обертається з однієї і тієї ж постійною швидкістю зоря-женному кульці, який неможливо ні зупинити, ні уповільнити його обертаючи-ня. Чим не «квантовий», свого роду, двигун, що здійснює в магніті роботу по намагничиванию шматка ж-леза взагалі без будь-яких витрат па подолання ЕРС. У котушці з про-вода з струмом, якщо її піднести до заліза, такий фокус б вже не «прокатав».
На ці фантастичні прояви магнетизму чомусь мало звертала уваги традиційна електродіна-міка. Адже за канонами закону сохране-ня енергії абсолютно ВСЯ енергія електромагнітного поля рухається від джерела до приймача, випромінюється в простір або розсіюється у вигляді втрат в середовищі. А вже в цих простень-ких дослідах з магнітом і будь-яким кус-ком заліза якимось дивним чином виникають потоки енергії, що йдуть в сердечник і з нього, і як би факти-но з «нізвідки». Якщо точніше, то додатковий потік енергії йде, входить і виходить як би від самої по-поверхні феромагнетика, шматка ж-леза.
Тепер вставимо в котушку феро-магнітний сердечник (феритовий, сталевий і ін.). У цьому випадку біль-шую частина ЕДСi в обмотці створює вже не саме поле магніту, а магнітне поле Bi феромагнітного сердечника. При цьому магнітне поле феромагнітного сердечника здебільшого замкнуто по повітрю навколо сердечника і лише частково замкнуто через магніт (і взаємо-модействие з ним). Тобто велика частина цього поля «заліза» сердечника взагалі замкнуто навколо сердечника, минаючи магніт. Але при цьому важливо по-нять, що ВСЕ магнітне поле феромагнітного сердечника створює ЕРС в витках котушки. З точки зору потоків енергії навколо ферромагніт-ного сердечника виникає свій вік-тор Пойтинга і потік енергії, лише частково пов'язаний з магнітом. При цьому велика частина потоку енергії в котушку йде не від поля магніту, а від феромагнітного поля сердечника в котушці. Це здається неймовірним з точки зору класичної електроди-намики. Виходить, що потік енергії в котушку йде не тільки і не стільки від першоджерела - магніту, а як би «втікає» з магнітного нуля сердеч-ника з навколишнього простору. Тепер видалимо магніт від ферромаг-нітних сердечника з котушкою - сер-дечнік розмагнітиться. При цьому в електроенергію перетворюється ВСЕ феромагнітна поле «заліза» фер-ромагнітного сердечника, а гальмувати магніт буде лише ЧАСТИНА цього поля. Виходить, що значна, біль-Шая частина індукованої в котушці електроенергії взагалі пе пов'язана з електромеханічного перетворення третьому енергії? Магніт лише ініціює зміни магнітного поля в феро-магнітному осерді. А значитель-ву частину корисної електроенергії індукує в обмотці вже ферромаг-нітних поле сердечника, яке за-мкнуто здебільшого поза магніту. Генерація електроенергії в котушці в значній мірі як би взагалі відірвана від магніту (ротора-індуктора, індуктора) просторово.
У даній системі протікають одночасно два процес-са - звичайне електромеханіч-ське перетворення енергії і генерація електроенергії, пе пов'язана з магнітом. Маг-ніт (або електромагніт) лише індуктор змін магніт-ного поля в залізному (фер-ромагнітном) осерді. А більшу частину ЕРС і електро-енергії індукує вже поле сердечника. Це найважливіша відмінність від прикладу з магнітом і котушкою без сердечника. За топології магнітних полів системи «магніт плюс котушка без осердя» і «магніт плюс котушка з сердечником» мають, як можна добре побачити з малюнку, принципове від-відмінність. Феромагнітний сердечник в котушці створює СВОЄ магнітне нулі в витках котушки, крім поля магніту, і свій потік енергії в котушці. І цей додатковий потік енергії вже ніяк топологічно пе пов'язаний з першоджерелом зміни поля магнітом, а пов'язаний тільки з окру-жающим простором. Навіть такий простий досвід з магнітом і котушкою з феромагнітним сердечником, як з'ясовується, пе такий простий, як може здатися па перший погляд.
У звичайному синхронному генерато-ре ротор-індуктор фактично, як втулка в циліндр, вкладений в статор-якір. У цьому випадку ВСІ магнітні поля магніту-ротора і статорної сердечника практично не розділі-ни і утворюють загальне магнітне поле. Невеликі поля розсіювання зубців і пазів пе перевищують декількох про-центів. У такій електричної машині практи-но все феро-магнітне поле «заліза» статора пов'язано з рото-ром. Тому в звичайних гені-ратора навіть на холостому ходу в принципі майже немає вектора Пойнтінга і потоку енер-гии, не пов'язаного з ротором-індуктив-ром. І тому в таких електричних машинах відбувається звичайне, класси-чеський електромеханічне перетворень-тання енергії без будь-яких чудес. Але це наслідок принципової то-Пологи, класичної конфігурації електричної машини. У так називаються ваемой відкритою магнітної системі, де магнітні поля магніту і феро-магнітного сердечника вже пов'язані лише частково, картина пото-ков енергії вже зовсім інша. Для цього просто треба розділити пространствен-но частково магнітні поля індуктив-ра (магніту) і феромагнітного сер-дечніка (статор-якір).
Приклад з області електромеханіки абсолютно еквівалентний статичній системі як по топології ферромаг-нітних полів, так і по топології вектора Пойнтінга і всіх потоків енергії. У статичному випадку Індуктори тор нерухомий. Витрати енергії на намагнічування обмежені тільки тим полем (феромагнітним), що ін-дуктівно пов'язано з индукторной об-мотки і бере участь в магнітному взаи-модействие сердечників через зазори. Простий пристрій складається з двох, а краще трьох сердечників, поділу-лённих зазорами. Зазор щодо великий - кілька міліметрів, і потрібен для часткового поділу фер-ромагнітних нулів бічних сердеч-ників і індуктора. В обмотку Індуктори тора подається струм, і через зазори його сердечник намагнічується і намага-нічівает бічні сердечники. Навколо них також виникають власні магнітні поля. На освіту і енер-гію цих вторинних феромагнітних полів джерело, що живить індуктор, електроенергію вже не витрачає. Вторинні феромагнітні поля взагалі не беруть участі в магнітному взаємодій-наслідком з індукторним сердечником. При розмагнічування індуктора енер-гія магнітного поля з бічних сердеч-ників знімається за допомогою спеці-альних обмоток па них. Ці обмотки пе беруть участь в намагнічуванні. При намагнічуванні ток в них блокований діодами. Взагалі цей пристрій по ре-жиму робіт - так званий обратноходового перетворювач (дросель накопичення магнітної енергії), по з більш складною топологією магнітних полів. Енергія знімається з системи сердечників, розділених зазорами. Сама кількість сердечників може бути будь-яким. Досвід показує, що при певному співвідношенні зазорів і індукції (і кривої намагнічуючись-ня) кількість сердечників взагалі не обмежена! У цьому випадку один-два індуктора можуть намагнітити десятки, сотні сердечників - і аж до беско-кінцівках.
Особливо сильно цей еф-фект буде проявлятися на рівні доменів, акустичних доменів і нано і мікрочастинок ферромагнетиков, поділу-лённих діелектриком (немагнітним). З точки зору фізики ферромагнетик не володіє індуктивним опираючись-ням, - «квантовим струмів» електронів в магніті і в залізному осерді не потрібно долати наведені ЕРС, на відміну від струмів електронних в про-водах котушки. Тому що магнітне поле ферромагнетиков утворюється не звичайним рухом електронів і про-чих зарядів, а пов'язано з особливою кван-тової природою спина - магнітного моменту електрона. Опис цих яв-лений - складний матеріал для окремих-ної статті по квантовій фізиці.
З тієї ж причини - відсутності дей-наслідком ЕРС па струми в магніті - і по-стояти магніту не потрібно витрачати енергію на намагнічування шматка заліза, до якого піднесли магніт. Ми сприймаємо це як само собою зрозуміле, але в разі котушки з дроту з струмом цей «фокус» б вже не прокатав. У котушці виникла б ЕРС від магнітного поля заліза, і на її подолання довелося б потра-тить електроенергію від батарейки або акумулятора для підтримки струму. А магніт робить це без витрат на подолання ЕРС. Квантові струми - магнітні моменти (спини) електронів не реагують на ЕРС по-загально, будь-то навіть мільйони вольт вихрового електричного поля. «Обертання» електрона (чи то пак квазівращеніе - квантове рух) неможливо ні прискорити, ні остано-вить, ні навіть мізерно уповільнити. Чи можна безпосередньо підключитися до цього в своєму роді квантовому «веч-ному двигуну»? Ні, але можна ис-користувати для отримання фактично дармової магнітної енергії феро-магнетиков. Найпростіший приклад для розуміння - робота звичайної ферритовой антени. Слабке магнітне поле радіохвилі посилюється в ній в зігни раз. Фактично потік енергії (вектор Пойнтінга) навколо ферритовой антени в тисячі, навіть десятки тисяч разів перевищує потік енергії (вектор Пойнтінга) в радіохвилі. «Фонтан» потоку енергії навколо ферритовой антени вже не пов'язаний з пере-дає антеною і не йде від антени.
При цьому струм зміщення в радіохвилі не робить роботи на намагнічені-вання ферритовой антени. Фактична-скі енергія електромагнітної віл-ни просто посилюється в
Цей додатковий потік енергії йде не від передавальної антени, а циркулює тільки навколо фер-рітов антени. (Як і при зв'язку на феритову антену намотуючи-ється обмотка з навантаженням, бажано налаштована в резонанс з робочою годину-тотой.) Така картина енергетичних потоків в корені суперечить клас-сических трактуванні руху потоків енергії від першоджерела і - страшно сказати! горезвісному закону збереження.
приклад з феритовою антеною має ту ж фізичну природу, що і з магнітом, і з феро-магнітними сердечниками. Ферро-магнетик - це «річ у собі», особлива квантова електродинаміка, пе пов'язаний-ва з макрорухи зарядів. Спін електрона (і інших частинок) і ток сме-щення в радіохвилі не реагують на ЕРС індукції. Це, до речі, відноситься і до орбітальних «струмів» електронів в атомах.
Якщо ці потоки енергії грамотно технічно створити і використовувати, то можна створити електротехнічні ге-нератори, в яких електроенергії знімається в рази більше, ніж нуж-но для обертання ротора-індуктора і подолання магнітного гальмівного моменту на ротор-індуктор. Ясно, що, крім «голої» фізики, в таких електричних машинах треба вирішити ряд чисто інженерних, технічних завдань і проблем, пов'язаних зі створенням і перетворенням магнітних полів. І хоча вже розроблена майже сотня пристроїв статичного типу і машин обертання для генерації змінного (синус) і постійного струму, в тому чис-ле і трифазних систем для промисло-вості, особливо важливий сам факт, що в електромагнетизмі є така «пролом» щодо закону збереження.
Хто візьметься її заповнити? А головне - чому?