Закон Ампера ошибочен. Похоже, я случайно, совершенно нечаянно, сделал глобальное открытие

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.

d-pi@yandex.ru

Кстати, было бы неплохо, если бы каждый читатель поделился этой статьёй со своими друзьями и знакомыми – может быть, кто-то из них решит оставить и свой след в науке, пускай даже и не слишком приметный – но об этом – в конце статьи.

В двух предыдущих статьях

Реальная физика: кое-что из практической электротехники

https://cont.ws/@d-pi/2772171

и

Причуды стереотипов в геополитике и в науке (на этот раз - в электротехнике)

https://cont.ws/@d-pi/2774540

я начал рассказывать о проведении давно задуманного мной эксперимента по исследованию генераторов/электродвигателей, обобщим – обратимых электрических машин – с роторами на постоянных неодимовых магнитах.

И уже на этапе проверки работоспособности оборудования, как оказалось, сделал величайшее для XXI века, глобальное для всего человечества открытие – что ЗАКОН АМПЕРА, который преподают в школах и вузах, и на основе которого, как принято думать, работают все без исключения ныне существующие электродвигатели постоянного и переменного тока, ОШИБОЧЕН. Еще раз повторю: Закон Ампера – ОШИБОЧЕН. С чем я и поздравляю никчёмных дедушек – действительных академиков глубоко пенсионного возраста, оккупировавших Отделение физических наук РАН. Которые превратили РАН из ЦЕНТРА РАЗВИТИЯ НАУКИ, которым он должен бы быть по своей сути, всего-навсего в элитный собес, в так называемый «Храм науки» - где основные усилия направлены не на развитие, а на молитвы (ведь в храмах – молятся, а не развиваются) и на укрепление истовой веры в старые бестолковые догматы (типа СТО им. Эйнштейна или теоремы Карно). Вспомним стандартный ответ из журнала «Успехи физических наук», УФН, где командуют пердуны-физико-академики: «Обзорный журнал УФН не публикует статей, в которых содержится критика устоявшихся теорий». Закон Ампера – это тоже «устоявшаяся теория».

Но я повторю еще раз: Закон Ампера – ОШИБОЧЕН. Не надо смеяться – потому что это ФАКТ, установленный опытным путём, довольно простым экспериментом, который в состоянии повторить любой более-менее толковый школьник, у которого руки не растут из задницы, а голова слегка светлее, чем у старых пердунов из ОФН РАН.

И в качестве косвенного доказательства я, как добросовестный, честный и непредвзятый частный научный детектив на воображаемом научном суде, хочу привести статью из «Физической энциклопедии» в 5 томах. Статья эта подписана лично академиком Прохоровым А.М., лауреатом Нобелевской премии по физике за 1964 год, с 1982 по 1998 г.г. работавшего директором Института общей физики АН СССР. То есть определения принадлежат перу одного из величайших физиков нашего времени.

Особое внимание читателей я хочу заострить на том, что (запомните, заучите, зазубрите, наконец, это важно!)

Физика в своей основе – это экспериментальная наука.

И что

Все физические законы базируются на фактах, установленных опытным путём.

Чтобы не заставлять читателей рыться в моих предыдущих статьях и не лазать по ссылкам, напомню суть дела.

В качестве основного привода, обеспечивающего вращение ротора с неодимовыми магнитами, я использовал изготовленный в Германии электродвигатель, который мне достался из-какого-то сгоревшего лазерного принтера:

Насколько я в курсе, это двигатель со статором на постоянных магнитах и коллекторным ротором. Последующие поиски информации об этом моторчике – я хотел посмотреть паспортные данные, уточнить величину активного сопротивления обмоток ротора, потому что случилось так, что я слегка приболел и сейчас вынужден разлучиться на некоторое время со своим оборудованием и поэтому оторван от дальнейших экспериментов – привели меня на какой-то голландский сайт. Мне на этом сайте тут же предложили прикупить «350 RPM Bühler motor 20 VDC 1.13.043.229 New» с нахлобученным на него механическим редуктором за смешные 42,35 евро, но никаких нужных мне сведений об активном сопротивлении обмоток не сообщили. Но указали, что Merk: Dunkermotoren (Merk = Бренд).

Дальнейшие поиски показали, что В России существует официальный представитель Dunkermotoren – это ООО «Вексон». Цитирую:

С момента своего образования в 1950 году компания Dunkermotoren является производителем высокоточных моторов и редукторов. Компания прошла путь от электромеханической мастерской с персоналом в 3 человека до одного из крупнейших в мире производителя малогабаритных электроприводов для станкостроения, оптических, строительных и медицинских систем. Производственные площади компании превышают 4000 квадратных метров, а вся продукция многократно тестируется и проверяется на заводе, что гарантирует высочайшую надёжность и долгий срок службы оборудования.

Основной перечень поставляемого оборудования: Электродвигатели постоянного тока, Беcколлекторные (безщёточные) электродвигатели постоянного тока, Малогабаритные электродвигатели переменного тока, Приводы для жалюзи, Планетарные и червячные редукторы, Контроллеры управления электродвигателями, Тормозные устройства, Энкодеры, тахогенераторы.

Почему в России до сих пор нет аналогичного производства, можно сказать совершенно открыто. Потому что моей страной последние 30 лет управляют наши враги и дебилы. Я вот за последние 20 лет неоднократно сталкивался на различных военных объектах с самыми разными электромоторами, которые производились в СССР в конце «расцвета застоя» для военной продукции. Качество их изготовления было такое, что никакой Dunkermotoren рядом не стоял. Разумеется, что и ценник на такую продукцию был, видимо, ого-го… Но в «святые 90-е» при еврейской семибанкирщине мы все это производство добросовестно просрали, надеясь, что теперь все мы заживём как рантье, лёжа на печи и поплёвывая в потолок шелухой от семечек, а в нулевые заполнили свой рынок китайской и европейской (в основном все той же китайской, но с европейскими наклейками) продукцией. А после 2014 года под постоянные бормотания Путина о необходимости «импортозамещения» поставленные им же Правительство, Набиуллина и Силуанов, вместо того, чтобы выделить пару-тройку сотен миллионов РУБЛЕЙ на создание производства, которые бы не уступало по качеству и ценнику Dunkermotoren, отправляло сотни миллиардов ДОЛЛАРОВ и ЕВРО партнёрам Путина на Запад, с которым мы сейчас находимся в состоянии войны. Гениальная стратегия нашего руководства, ничего не скажешь.

Но вернёмся к моим экспериментам и закону Ампера.

Я предполагал провести испытания ротора с неодимовыми магнитами на разных оборотах, поэтому решил, что буду запитывать немецкий моторчик от собранного на коленке блока питания на базе трансформатора ТПП258-220-50. У этого трансформатора 6 выходных обмоток –две на напряжение 2,6 В, две – на 5,05В и две – на 10В. Таким образом, включая их последовательно, через диодный мостик и сглаживающий конденсатор 10000мкф х 50В можно получить на выходе постоянное напряжение от 2,6 до 35 вольт с интервалом в 2,5…3 вольта. Что очень полезно для построения графиков и их дальнейшего анализа.

И вот я начал проверку работоспособности своего оборудования на холостом ходу:

Напряжение на обмотках ротора немецкого моторчика и сила тока в нем замерялась китайскими цифровыми мультиметрами, а частота вращения ротора – посредством китайского же двухканального цифрового осциллографа FNIRSI-1014D (замечательная штука, доложу я вам). То есть – блок питания подаёт на моторчик постоянное напряжение, ротор моторчика вращается, вращает ротор с 4-мя постоянными магнитами, рядом с которым, на некотором удалении, лежит обмотка с сердечником из мягкого ферромагнетика, в обмотке возникает переменное напряжение, которое видно на экране осциллографа, сама обмотка не имеет никакой нагрузки – то есть мы имеем чисто холостой ход.

Попереключав тумблеры, обкатав устройства на холостом ходу при разных напряжениях, я слегка озадачился. А надо сказать, что я до прошлой пятницы почти свято верил в догмат «закона Ампера» (хотя, честно признать, кое-какие сомнения у меня и оставались с моих опытов 5…10 –летней давности, но они касались не столько принципиальных вопросов, сколько «поиском блох»).

Моя святая (почти) вера в закон Ампера базировалась на следующих догматах (если кто со мной не согласен, прошу, обоснуйте свои возражения):

1. Чем больше «вращающая» сила, тем больше оборотов сделает рамка, причем зависимость эта – прямая пропорциональность

2. Чем больше сила тока в рамке, тем больше и вращающая сила FA и это отношение – тоже прямая зависимость (при постоянном магнитном поле). По сути, это и есть закон Ампера, как я его помнил то ли со школы, то ли с вуза.

Из первого и второго догмата следует, что между силой тока в рамке и количеством оборотов существует прямая пропорциональная зависимость. Причем я почти постоянно наблюдал этот эффект у самых разных моторчиков постоянного тока – правда, не замеряя при этом ни силу тока, ни число оборотов. То есть, логика рассуждений такова – я прибавил напряжение, это должно было вызвать пропорциональное увеличение силы тока (закон Ома в чистом виде, ну там, разумеется, будет какой-то импеданс, но его практически незаметно) => число оборотов увеличилось пропорционально силе тока.

Но уже при первом подходе меня немого озадачил тот факт, что при увеличении напряжения с 5,7 вольт до 25 вольт сила тока, которую показывал китайский мультиметр (я краем глаза наблюдал за показателями), увеличилась не столь значительно – явно не в 4 с лишним раза. Странно – видно, проблема в мультиметре – и я поменял их местами, немного «подрихтовал» конструкцию, подравнял длинный вал, смазал маслицем дальнюю пару трения – стальной вал-бронзовый подшипник (не шарикоподшипник, прошу заметить) – один мой знакомый дизелист постоянно уверял меня, что качественный подшипник из пары «сталь-бронза» лучше, чем обычный стальной шарикоподшипник – и у меня нет повода не верить ему.

Результат «второго холостого прогона» привел меня в полное расстройство – сила тока при увеличении напряжения оставалась чуть ли не неизменной. При 5,7 вольтах она скакала между 0,09 до 0,10 ампер, а при 25 вольтах – четко встала на 0,11 – то есть увеличение тока составило не больше 15…17%, но при этом число оборотов возросло более чем в 4 раза. Я повторил этот эксперимент на холостом ходу еще раз 5-6, записывая данные с мультиметров и осциллографа в табличку Excel. Число оборотов (в минуту) я определял по формуле N = η (частота, Hz) / 2 (потому что в роторе 4 магнита, за один оборот ротора имеем две полных волны) * 60 (секунд в одной минуте).

Вот один из этих отсчётов (все они были крайне похожи друг на друга):

Последний столбец – отношение числа оборотов к напряжению. То есть – практически при постоянной силе тока на каждый добавленный вольт напряжения моторчик выдавал дополнительно около 150 оборотов в минуту, причем эта зависимость была постоянной на всём диапазоне напряжений. То есть совершенно определённо просматривается прямая пропорциональная зависимость между числом оборотов холостого хода и НАПРЯЖЕНИЕМ при почти неизменной величине силы тока.

Кстати, величину силы тока в обмотке ротора я перепроверил еще и с помощью осциллографа. Она практически не меняется, хотя число оборотов изменяется в разы.

Ситуация стала для меня совершенно непонятной. Что случается каждый раз, когда результаты того или иного эксперимента разрушают еще один догмат, еще один стереотип, привитый тебе на уроках физики в школе и в вузе. Но я уже научился воспринимать реальность такой, какая она есть. А не отвергать её под воздействием забетонированных в голове стереотипов, как это происходит с подавляющим числом людей, в том числе и с настоящими учёными – академическими дедулями глубоко пенсионного возраста, которые «старую борозду не портят, но и новую никогда не проложат».

Тем не менее полученные результаты требовали осмысления. На всякий случай я выложил в пятницу, 5 апреля, вечером полученные результаты на КОНТе и в Яндекс-Дзене. В надежде, что среди читателей попадётся кто-то умный, который сможет подсказать правильный ответ или хотя бы направит в правильном направлении. До вторника 09 апреля не нашлось.

Дома же я обложился старыми учебниками, справочниками, курсами лекций, Физической энциклопедией, другими умными книжками и стал повторять теорию (век живи – век учись) – в смысле, те догматы, которые изложены в умных книжках.

Из Физического энциклопедического словаря я почерпнул, что

АМПЕРА ЗАКОН, закон механического (пондеромоторного) вз-ствия двух токов, текущих в малых отрезках проводников, находящихся на нек-ром расстоянии друг от друга. Открыт А. Ампером в 1820.

[Осталось добавить – и будет закрыт инженером Дубровским П.И. сотоварищи (А кто-нибудь хочет ко мне в сотоварищи? Записывайтесь!) в 2024-ом, спустя два века после «открытия»]

Сила F12, действующая со стороны первого отрезка проводника Δl1 на отрезок Δl2 (рис 1), равна:

и далее идёт маловразумительная формула, которая, как я понимаю, не является результатом чьих-либо экспериментов, и уж 100%-но не является результатом экспериментов мсье Андрэ Ампера в 1820 году, а является плодом математических изысков какого-нибудь ученого остолопа-теоретика навроде Льва Давидовича Ландау или его последователей, которые подменили реальную физику бестолковыми математическими формулами, ни сути, ни смысла которых они сами не понимали.

Такое начало меня немного обескуражило, так как я ожидал увидеть более «стандартную», более известную формулу закона Ампера. Очевидно, что Физический энциклопедический словарь (ФЭС) писали тоже придурки, такие же остолопы-теоретики, которые явно хотели блеснуть своими теоретическими познаниями перед будущими читателями. Тем не менее, среди всей этой чуши нашлись и крупицы разума:

А. з. наз. также ф-лу, определяющую силу F, с к-рой магн. поле, характеризуемое вектором магн. индукции В, действует на элем. отрезок проводника Δl, по к-рому течёт ток I:

F=k I Δl B sinϑ, (2)

где ϑ — угол между направлениями Δl и В.

В принципе, это и есть тот самый «нормальный» закон Ампера, который я изучал в школе или в вузе и который не соизволил выполняться в приведенном выше моём эксперименте.

Печалька.

Но вот самые последние слова из этой статьи в ФЭС поразили меня в самое сердце:

На основе А. з. устанавливается эталон ед. силы тока в СИ.

То есть эталонная величина силы тока «1 ампер» установлена на основе закона Ампера, который не соизволил выполняться в моём простеньком эксперименте? Любопытно, n’est pas?

Итак, что мы имеем по факту на сегодня, на вечер 9 апреля? Доступ к своему оборудованию я получу в лучшем случае во вторник, 16 апреля, хотя, честно говоря, в заднице уже свербит – уже есть целый ряд вопросов и предположений, которые следует проверить и перепроверить экспериментально. Особенно хочется попробовать другие моторчики и работу при какой-то нагрузке на валу – то есть не на холостом ходу.

Но давайте вернёмся к фактам:

ОСНОВНОЙ ФАКТ: При увеличении напряжения на обмотке ротора моторчика из немецкого города Nurnberg, число оборотов на холостом ходу растёт прямо пропорционально увеличению напряжения, при почти постоянной силе тока в обмотках ротора.

Это говорит о том, что импеданс в «действующих», то есть находящихся под внешним напряжением обмотках увеличивается практически прямо пропорционально увеличению этого внешнего напряжения. Потому что увеличивается число оборотов ротора? Но почему так происходит, почему число оборотов ротора увеличивается без существенного увеличения силы тока? Этого я пока не могу ни понять, ни тем более, объяснить.

Меня начал волновать вопрос – а правда ли, что число оборотов холостого хода прямо пропорционально «вращающей» силе, точнее, моменту силы вращения, крутящему моменту? Раньше мне это казалось непреложной истиной, а вот теперь я что-то засомневался в этом «догмате». Есть ли ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ подтверждения этого догмата?

Какое влияние оказывает на величину «катапультирующей» силы из закона Ампера (так эта сила называется в 3 томе книги Эрика Роджерса «Физика для любознательных» - см. примечание ниже) наличие ротора из мягкого ферромагнетика? Вот бы изготовить ротор с обмотками из самого обычного пластика и проверить его работу – силу тока, напряжение, величину крутящего момента…

Интересно, а какие отсчёты величины силы тока покажут стрелочные амперметры? Мне в голову пришла довольно диковатая на первый взгляд идея… которую очень хочется проверить как можно быстрее. И вообще: насколько можно доверять показаниям стрелочных приборов – амперметров магнитоэлектрического, электромагнитного, электродинамического и ферродинамического действия?

А, может быть, на самом деле «катапультирующая» сила F, с которой магнитное поле, характеризуемое вектором магнитной индукции В, действует на элементарный отрезок проводника Δl, который находится под напряжением U и по которому течёт ток I, следует определять по формуле:

F =k I U Δl B sinϑ,

где ϑ — угол между направлениями Δl и В ?

То есть величина этой «катапультирующей» силы прямо пропорциональна не силе тока, а его мощности – и мсье Андрэ Ампер просто «слегка не досмотрел»?

Все это пока вопросы без ответов – пока до 16 апреля. Но если кто из читателей хочет сам взяться за проверку и моего эксперимента и сам попытается найти ответы на возникшие у меня вопросы – что ж, милости прошу – лучше всего пишите на электронную почту.

Может быть, совместными усилиями можно будет доказать, что закон Ампера реально не работает, а, => нынешняя академия наук нам абсолютно не нужна, и она даже преступна, так как не только не способствует развитию науки, но и тормозит это развитие.

Если у кого есть конкретные возражения и конкретные предложения – пишите тоже, только я попрошу не писать всяких глупостей и все нормально обосновывать.

ПРИМЕЧАНИЕ: Эрик Роджерс ФИЗИКА ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ том 3, Электричество и магнетизм, Атомы и ядра, перевод с восьмого американского издания, Москва, 1971 год.

В оригинале: PHYSICS FOR THE INQUIRING MIND, The methods, nature and philosophy of physical science by Erik M. Rogers, 1966 Princeton University Press.

То есть название в оригинале немного не такое. Я знаю, что Inquire – это «Расследование» И я бы перевел название как ФИЗИКА ДЛЯ ПЫТЛИВОГО УМА, Методы, природа (суть) и философия физической науки.

Пытливый – это не просто «любознательный». Любознательный – прочитал научно-популярный журнал или книжонку и тут же уверовал во всё, что прочитал.

А пытливый – это узнал что-то новое, чему-то поверил, но чему-то – не поверил и стал проверять и перепроверять. Начал свое собственное расследование, как научный детектив. Вот я – пытливый.

И я хотел бы, чтобы и эта моя статья была прочитана как можно большим количеством пытливых людей, с пытливыми умами.

Кстати, по моим наблюдениям и ощущениям, пока не подтверждённым измерениями, что как бы подтверждает идею о моей «новой формуле закона Ампера»:

Увеличение напряжения на обмотке ротора двигателя постоянного тока при холостом ходе приводит к прямо пропорциональному увеличению числа оборотов. Интересно, меняется ли при этом величина крутящего момента? Если не меняется, то увеличение напряжения – это один способ увеличения инженерной (не путать с профанацкой теоретической) мощности электродвигателя.

А сила тока в обмотке ротора электродвигателя мне пока представляется прямо пропорциональной нагрузке на валу, то есть моменту сопротивления вращению. При весьма незначительном снижении оборотов, которым, возможно, можно будет и пренебречь.

То есть – увеличение силы тока приводит не столько к увеличению оборотов, а к увеличению крутящего момента, в конечном итоге, к увеличению ПОЛЕЗНОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ МОЩНОСТИ электродвигателя

Интересно, насколько верны мои предположения? Не терпится узнать.

Ну и в качестве анекдота. На обложке книги Эрика Роджерса в нашем, советском издании, которая бы очень подошла в качестве школьного учебника по физике (с 60-ых годов физика не сильно изменилась) своими «демонстрационными опытами» - кстати, последующие курсы физики и школьные учебники в США и в Великобритании с каждым годом становятся все хуже и хуже – это мои личные ощущения. – есть надпись «theoria cum praxis». Попросил Яндекс найти, что это за фраза. Перевод-то на русский язык я нашёл: «теория с практикой», но озабоченный гораздо больше, чем Ивлеева вместе с Киркоровым и всеми их дружками и подружками, Яндекс выдал мне по результатам поиска такие видео, что пришлось срочно прятать монитор от жены. Может быть, в поисковике Яндекса пора что-то изменить? Или поменять ту команду, что пишет программы поиска?

И в качестве бонуса (из школьного учебника физики Касьянова):