Парадокс трансформатора

Обсуждаем, как будет работать идеальный трансформатор, если магнитную проницаемость сердечника устремить к бесконечности.

Ключевые слова: магнитное поле, магнитная протицаемость, ЭДС индукции, электромагнитная индукция, вихревое электрическое поле, индуктивное сопротивление, уравнения Максвелла.

Наш канал с дополнительными материалами

Новосибирский Государственный Университет
Физический факультет НГУ

[sergniko]

Ничего не понятно, но очень здорово. Осталось понять кто и зачем про этот парадокс думал придумал. Без примера складывается впечатление что его кто-то просто так придумал.

[fwqsjwd]

Извините, но в итоге, вы просто никак не объяснили этот парадокс! Вы лишь указали на наличие внешнего силового м. поля вне магнитопровода (индукции со звездочкой), но которое намного слабее, что как раз лишь подтверждает наличие
Формально объясняется парадокс так. Связанные вихревое электрическое поле и вихревое магнитное поле - могут концентрироваться (иметь преобладающую плотность) в разных областях пространства! Пример: Электрическое поле, движущее заряды в проводнике, сосредоточено внутри проводника, или недалеко от его поверхности (в случае сравнительно высоких частот), но оно создает обширное охватывающее магнитное поле на больших расстояниях от проводника. И НАОБОРОТ ТОЖЕ! А именно, сконцентрированное внутри магнитопровода магнитное поле (поток индукции) тем не менее создает обширное вихревое электрическое поле вокруг магнитопровода. Поэтому, такое эл. поле действует на электроны даже большого витка, охватывающего магнитопровод. (Главное чтобы проводник ЗАМЫКАЛ это внешнее эл. поле, то есть проходил через "дырку" в магнитопроводе трансформатора.)
Но на самом деле всё еще хитрее, ибо уравнения Максвелла не отражают истинную физическую картину. Хотя, это уже вопросы следующего уровня сложности. Как пример, смотрите: "Парадокс Геринга" (эксперимент Геринга с магнитным потоком врывающимся в механически размыкающийся проводящий контур). А также можно прочитать работу: "Движение магнитных полей", Нечипуренко Николай Алексеевич.
От себя добавлю, что например, уравнения Максвелла не учитывают УПРУГОСТЬ магнитного поля (когда оно ведет себя как упругое тело), и так далее... Физика Вселенной еще плохо осознана нами.
[с уважением, Ротаблер, ПФ, январь 2024]

[vinsard]

Мне хотелось бы увидеть подобные эксперименты с большей визуализацией (компьютерными моделями), чтобы примерно представлять как ведут себя невидимые магнитное и электрическое поля от изменения формы, кол-ва витков катушки и др. параметров трансформатора и т.п. цепей в целом.

[xnmxkdu]

Очень хороший ролик. В первую очередь с точки зрения того, что автор пытается понять физику процесса, а не просто получить формализованное решение. Ситуация, когда "формула умнее физика" - мало что дает человеку, которые хочет понимать физические процессы. Понимать - значит иметь собственную модель тех или иных процессов, с возможностью предсказания результатов экспериментов.
Спасибо автору!

[bimbom]

Смотрю вас уже очень давно, очень нравится, как вы рассказываете и какие темы рассматриваете. Но ловлю себя на мысли, что воспринимать сухую теорию весьма непросто. Вот даже по этой теме, несмотря на то, что учился в этой области, хотя и довольно давно, мне было довольно тяжело воспринимать информацию. Признаюсь, что кое-что даже не понял.
Вы наверняка видели ролики Валериана Ивановича Гервидса на канале НИЯУ МИФИ, возможно, вам стоит разбавлять свой контент роликами подобного содержания с наглядными демонстрациями и простыми объяснениями, чтобы зрители могли потом увязать теорию и реальность между собой.

[Asanata]

Спасибо ребята за умные мысли!
Когда то давным-давно на одном военном заводе в Подмосковье нам показали цех по созданию ферритовой памяти. Колечко феррита было настолько малым, что на девичьем пальце (а там работали только незамужние девочки, только их руки могли создать это чудо) это была просто черная точка. Ну, наверно диаметр кольца был 0.1-0.2 мм. Через каждое колечко надо было протащить три провода. Каждая девочка создавала коврик такой памяти за месяц. И это был такой плотный шар из проволоки, самого коврика не было видно. А память шла на Изделия. Что это было за изделие, история умалчивает. Сам я за время практики разработал контроллер связи ЭВМ с ядерным реактором, который пошел в производство. Вот такое оно, МВТУ.

[persej]

Замечательный мужик!🎉
Да. Да. Объясните. работу трансформатора через вектор Уфимцева--Пойтинга.

[nownvdh]

Спасибо. Задумался. Очень сложно для меня. Беру отпуск. Еду на дачу. Буду разбираться.

[AMISODARking]

Мне 40 лет. Инженер с хорошим стажем. Но с удовольствием всегда смотрю ваши видео)

[hvhbwun]

Спасибо огромное. Просто, интересно, наглядно. Но в конце ролика можно сделать дополнительно очень интересные выводы.

[SpectrLine]

Мораль сей басни такова, что какова не была бы точная математическая модель, но про границы (область) применимости забывать не нужно.

[HDFactory-HD]

О, пошел мой "любимый" Максвелл.... тут уже точно начали понимать не все...

[shantershanev]

Спасибо, что стараетесь объяснить такие сложные вещи и тратьте своё драгоценное время на любопытных.
Я мало что понял из вашего объяснения, но постараюсь посмотреть ваш урок ещё, пока не достигнув просветления.

[plesenfo]

"Сложнааа, очень сложна!!..." 🙂
но интересно.
Наконец-то вы вспомнили этот прикол и решили его рассмотреть .

[ibepryi]

Ответ, думаю, кроется в том в уравниях Максвелла не учитыватся никак среда в которой работает ротор функции, по этому это абсолютно не важно по металлу течет поле или по воздуху, сконцентрированно оно с помощью сердечника в некоторой области внутри витка или равномерно распределено по всей площади им охватываемым, это для нас для людей ограниченных (имеется ввиду привыкшим к тому что у объектов есть границы) рассматривать сердечник как отдельное тело, а в реальности это всего лишь более плотное скопления електронов двигающихся туда сюда и граница между металлом и воздухом это просто место где плотность резко снижается, а 10-16 степени показывает как раз этот эффект, что метал это просто линза для поля.

[necro]

Интересно было бы какую нибудь хитрую загадку от Александра Малькова и чтобы вы решили показали на формулах

[aleksandr_berdnikov]

Лицо на заставке в стиле
"Ага, вот эти ребята... Я делаю особую, уличную физику, кто хочет увидеть?"
:)

[Arseniy_Afanasyev]

Надо бы этот ролик не только в плейлист про трансформаторы занести, но и про вектор Умова-Пойтинга между 3 и 4 частью.
Ведь в конце 3го выпуска как раз был вопрос, как внешняя тороидальная катушка умудряется "почувствовать" ЭДС индукции, если магнитное (и электрическое) поле вроде как не выпадает наружу от внутреннней катушки

[umdotrf]

Из моей практики! На лекции по ТОЭ, посвященной теории поля, мы автоматически записывали формулы rot H= ... div B... и так далее, конечно не понимая о чем идет речь. Но преподаватель так увлекся, что повернувшись к аудитории с выражением на лице, что находится в полном понимании с группой, задал вопрос: -А если в этот участок поля поместить провод, то что произойдет???
В ответ тишина!
Тогда он поднимает одного студента и так эмоционально:
- Ну как Вы считаете????
Опять молчание, но все напряглись!

-Ну из чего делают провода?
Ответ заставил именно заржать всю аудиторию:
- Из проволоки!!!

[palsn-dcmz]

Ютьюб предложил мне это видео посмотреть, а вы в конце предложили задать вопросы. Так вот относительно новых концепций трансформаторостроения: сейчас шагнули в сторону минимизации габаритов, веса и расхода меди на трансформаторах, работающих на заданном режиме. Примером может служить трансформатор микроволновой печи или трансформатор станка, для гальванической развязки цепей управления. Применяется минимально возможное количество витков на вольт, железо работает на грани насыщения, а пакет пластин собран без перекрытия и проварен в нескольких местах подобно пакету пластин статора асинхронного электромотора. Для работы на холостом ходу не предназначено, но на номинальном режиме нагрузки имеет отличный КПД и проваренные по периферии пластины, коротко замкнутые между собой (с чем борются в традиционном исполнении трансформатора) не греются при работе и не приводят к повышенным потерям в сердечнике при перемагничивании.