د مکسویل مقناطیسي څرخ
منځپانګې
انګلیسي فزیک پوه جیمز کلارک مکسویل، چې د 1831-79 کلونو پورې یې ژوند کاوه، د الکتروډینامیکونو لاندې د مساواتو سیسټم جوړولو لپاره غوره پیژندل شوی - او د بریښنایی مقناطیسي څپو د شتون اټکل کولو لپاره یې کارول. په هرصورت، دا د هغه ټولې مهمې لاسته راوړنې ندي. مکسویل په ترموډینامیک کې هم دخیل و. د مشهور "شیطان" مفهوم ورکړ چې د ګاز مالیکولونو حرکت ته لارښوونه کوي، او یو فورمول یې اخیستی چې د دوی د سرعت ویش بیانوي. هغه د رنګ ترکیب هم مطالعه کړ او یو خورا ساده او په زړه پوري وسیله یې اختراع کړه ترڅو د طبیعت یو له خورا لومړني قوانینو څخه څرګند کړي - د انرژي د ساتنې اصول. راځئ هڅه وکړو چې دا وسیله ښه وپیژنو.
ياد شوي دستګاه ته د ماکسويل څرخ يا پنډولم ويل کيږي. موږ به د دې دوه نسخو سره معامله وکړو. لومړی، دا به د میکسویل لخوا اختراع شي - راځئ چې دا کلاسیک ووایو، په کوم کې چې هیڅ مقناطیس شتون نلري. وروسته به موږ د تعدیل شوي نسخې په اړه بحث وکړو، کوم چې حتی ډیر حیرانتیا لري. نه یوازې موږ به وکولی شو دواړه ډیمو اختیارونه وکاروو، د بیلګې په توګه. د کیفیت تجربې، بلکه د دوی اغیزمنتوب معلومولو لپاره. دا اندازه د هر انجن او کاري ماشین لپاره یو مهم پیرامیټر دی.
راځئ چې د میکسویل څرخ د کلاسیک نسخې سره پیل وکړو.
لینکس. یو. د مکسویل د څرخ کلاسیک نسخه: 1 - افقی بار، 2 - قوي تار، 3 - محور، 4 - ویل د لوړې شیبې سره.
د مکسویل ویل کلاسیک نسخه په انځور کې ښودل شوي. اينځر. ۱. د دې د جوړولو لپاره، موږ په افقی ډول یو قوي راډ سره نښلوو - دا کیدای شي د چوکۍ برش وي چې د څوکۍ شاته تړل کیږي. بیا تاسو اړتیا لرئ یو مناسب څرخ چمتو کړئ او بې حرکته په یو پتلی محور کې واچوئ. په عین حال کې، د حلقې قطر باید نږدې 10-15 سانتي متره وي، او وزن باید نږدې 0,5 کیلو ګرامه وي. دا مهمه ده چې د څرخ شاوخوا ټوله ډله په فریم کې راشي. په بل عبارت، څرخ باید د رڼا مرکز او یو دروند رم ولري. د دې هدف لپاره، تاسو کولی شئ د کارټ څخه یو کوچنی سپیک ویل وکاروئ یا د کین څخه یو لوی ټین پوښ وکاروئ او د مناسب شمیر تارونو سره د فریم شاوخوا بار کړئ. څرخ د خپل اوږدوالی په نیمایي کې په یوه پتلی محور کې بې حرکته کیښودل کیږي. محور د المونیم پایپ یا راډ یوه ټوټه ده چې د 8-10 ملي میتر قطر سره وي. تر ټولو اسانه لاره دا ده چې په څرخ کې سوري د 0,1-0,2 ملي میتر قطر سره د محور له قطر څخه کم کړئ، یا په محور کې د څرخ د ایښودلو لپاره موجوده سوري وکاروئ. د څرخ سره د غوره اړیکې لپاره، محور د فشار کولو دمخه د دې عناصرو د تماس په نقطه کې د ګوتو سره مینځل کیدی شي.
د دایرې په دواړو خواوو کې، موږ د 50-80 سانتي مترو په اوږدوالي د یوې پتلې او قوي تار برخې په محور پورې تړلو، په هرصورت، د محور په دواړو سرونو کې د یو پتلي ډرل (1-2 ملي میتر) سره د محور د ډرل کولو سره ډیر باوري فکسشن ترلاسه کیږي. د دې په قطر کې، د دې سوري له لارې تار داخل کړئ او وتړئ. موږ د تار پاتې پایونه راډ ته وتړو او په دې توګه دایره ځړوو. دا مهمه ده چې د دایرې محور په کلکه افقی وي، او تارونه عمودی او په مساوي ډول د هغې له الوتکې څخه فاصله لري. د معلوماتو د بشپړتیا لپاره، دا باید اضافه شي چې تاسو کولی شئ د هغو شرکتونو څخه چې د تدریس مرستې یا تعلیمي لوبو پلوري بشپړ شوي میکسویل ویل هم واخلئ. په تیرو وختونو کې، دا تقریبا د هر ښوونځي فزیک لابراتوار کې کارول کیده.
لومړنۍ تجربې
راځئ چې د وضعیت سره پیل وکړو کله چې ویل په افقی محور کې په ټیټ موقعیت کې ځړول کیږي، د بیلګې په توګه. دواړه تارونه په بشپړه توګه زخم شوي دي. موږ د څرخ محور د خپلو ګوتو سره په دواړو سرونو کې نیسو او ورو ورو یې ګرځوو. په دې توګه، موږ تارونه په محور کې باد کوو. تاسو باید دې حقیقت ته پام وکړئ چې د تار راتلونکی بارونه په مساوي ډول فاصله لري - یو له بل سره. د څرخ محور باید تل افقی وي. کله چې څرخ راډ ته نږدې شي، باد بند کړئ او محور ته اجازه ورکړئ چې په آزاده توګه حرکت وکړي. د وزن د نفوذ لاندې، څرخ ښکته حرکت پیل کوي او تارونه د محور څخه خلاصیږي. څرخ په لومړي سر کې ډیر ورو، بیا ګړندی او چټک حرکت کوي. کله چې تارونه په بشپړه توګه ښکاره شي، څرخ خپل ټیټ ټکي ته رسیږي، او بیا یو څه حیرانتیا پیښیږي. د څرخ گردش په ورته لوري دوام کوي، او څرخ پورته حرکت پیل کوي، او تارونه یې د محور په شاوخوا کې ټپیږي. د څرخ سرعت په تدریجي ډول کمیږي او په پای کې صفر ته رسیږي. بیا څرخ په ورته لوړوالی کې ښکاري لکه مخکې چې خوشې شوی و. لاندې پورته او ښکته حرکتونه څو ځله تکرار کیږي. په هرصورت، د یو څو یا درجن حرکتونو وروسته، موږ ګورو چې هغه لوړوالی چې څرخ لوړیږي کوچنی کیږي. په نهایت کې به څرخ په خپل ټیټ موقعیت کې ودریږي. د دې څخه دمخه، دا ډیری وخت ممکنه ده چې د څرخ د محور حرکتونه په یو لوري کې د تار په مساوي توګه وڅیړئ، لکه څنګه چې د فزیکي پنډولم په صورت کې. له همدې امله، د میکسویل څرخ ځینې وختونه د پنډولم په نوم یادیږي.
لینکس. یو. د میکسویل څرخ اصلي پیرامیټونه: - وزن، - د څرخ وړانګې، - د محور وړانګې، - د محور سره د څرخ وزن، - خطي سرعت، 0 - لومړنی لوړوالی.
راځئ چې اوس تشریح کړو چې ولې میکسویل ویل په دې ډول چلند کوي. په محور کې تارونه ودرول، څرخ په لوړوالی کې لوړ کړئ 0 او د هغې له لارې کار وکړئ (اينځر. ۱). د پایلې په توګه، څرخ په خپل لوړ موقعیت کې د جاذبې احتمالي انرژي لري pد فورمول په واسطه څرګند شوی [1]:
د وړیا زوال سرعت چیرته دی.
لکه څنګه چې تار خلاصیږي، لوړوالی کمیږي، او د هغې سره د جاذبې احتمالي انرژي. په هرصورت، څرخ سرعت غوره کوي او پدې توګه متحرک انرژي ترلاسه کوي. kکوم چې د فورمول په واسطه محاسبه کیږي [2]:
د څرخ د نښتی شیبه چیرته ده، او د هغې زاویه سرعت (= /) دی. د څرخ په ټیټ موقعیت کې (0 = 0) احتمالي انرژي هم د صفر سره مساوي ده. په هرصورت، دا انرژي مړه نه شوه، مګر په متحرک انرژی بدله شوه، کوم چې د فورمول له مخې لیکل کیدی شي [3]:
لکه څنګه چې څرخ پورته کیږي، سرعت یې کمیږي، مګر لوړوالی یې لوړیږي، او بیا متحرک انرژي احتمالي انرژي کیږي. دا بدلونونه کولی شي هر وخت وخت ونیسي که چیرې دا د حرکت مقاومت لپاره نه وي - د هوا مقاومت، د تار د باد سره تړلی مقاومت، کوم چې یو څه کار ته اړتیا لري او د څرخ د بشپړ بندیدو لامل کیږي. انرژي فشار نه کوي، ځکه چې د حرکت په وړاندې د مقاومت په مقابل کې ترسره شوي کار د سیسټم د داخلي انرژۍ د زیاتوالي او د تودوخې د زیاتوالي لامل کیږي، کوم چې د خورا حساس ترمامیتر سره کشف کیدی شي. میخانیکي کار پرته له کوم محدودیت څخه په داخلي انرژي بدلیدلی شي. له بده مرغه، د ریورس پروسه د ترموډینامیک د دویم قانون لخوا محدوده ده، او په دې توګه د څرخ احتمالي او متحرک انرژي په پای کې کمیږي. دا لیدل کیدی شي چې د میکسویل څرخ د انرژۍ د بدلون د ښودلو او د هغې د چلند اصول تشریح کولو لپاره خورا ښه بیلګه ده.
موثریت، دا څنګه محاسبه کول؟
د هر ماشین، وسیلې، سیسټم یا پروسې موثریت په ګټور شکل کې د ترلاسه شوي انرژي تناسب په توګه تعریف شوی. u د انرژي تحویلولو لپاره d. دا ارزښت معمولا د فیصدي په توګه څرګندیږي، نو موثریت د فورمول لخوا څرګند شوی [4]:
.
د اصلي شیانو یا پروسو موثریت تل د 100٪ څخه ښکته وي، که څه هم دا کیدی شي او باید دې ارزښت ته نږدې وي. راځئ چې دا تعریف په ساده مثال سره روښانه کړو.
د برقی موټور ګټور انرژي د حرکت حرکت متحرک انرژي ده. د دې لپاره چې دا ډول انجن کار وکړي، دا باید د بریښنا لخوا ځواکمن شي، د بیلګې په توګه، د بیټرۍ څخه. لکه څنګه چې تاسو پوهیږئ، د داخلي انرژۍ یوه برخه د بادونو د تودوخې لامل کیږي، یا په بیرنګونو کې د رګونو قوتونو د بریالي کولو لپاره اړین دي. له همدې امله، ګټور متحرک انرژي د بریښنا د بریښنا څخه کمه ده. د انرژي پر ځای، د [4] ارزښتونه هم په فورمول کې ځای په ځای کیدی شي.
لکه څنګه چې موږ مخکې یادونه وکړه، د مکسویل څرخ د حرکت پیل کولو دمخه د جاذبې احتمالي انرژي لري. p. د پورته او ښکته حرکتونو د یوې دورې بشپړولو وروسته، څرخ هم د جاذبې احتمالي انرژي لري، مګر په ټیټ لوړوالی کې. 1نو لږ انرژي شتون لري. راځئ چې دا انرژي په توګه وپیژندو P1. د فورمول [4] له مخې، د انرژی کنورټر په توګه زموږ د څرخ موثریت د فورمول لخوا څرګند کیدی شي [5]:
فورمول [1] ښیي چې احتمالي انرژي په مستقیم ډول د قد سره متناسب دي. کله چې فورمول [1] په فورمول [5] کې ځای په ځای کړئ او د ورته لوړوالي نښه په پام کې ونیسئ او 1بیا موږ ترلاسه کوو [6]:
فورمول [6] د میکسویل حلقې د موثریت معلومول اسانه کوي - دا د ورته لوړوالی اندازه کولو او د دوی برخه محاسبه کولو لپاره کافي ده. د حرکتونو د یوې دورې وروسته، لوړوالی لاهم یو بل ته خورا نږدې کیدی شي. دا د احتیاط سره ډیزاین شوي ویل سره پیښ کیدی شي چې د پام وړ لوړوالی ته د جړتیا لویې شیبې سره پورته کیږي. نو تاسو باید په خورا دقت سره اندازه کړئ، کوم چې د حاکم سره په کور کې ستونزمن وي. ریښتیا، تاسو کولی شئ اندازه تکرار کړئ او اوسط ارزښت محاسبه کړئ، مګر تاسو به د داسې فورمول ترلاسه کولو وروسته چټکه پایله ترلاسه کړئ چې د ډیرو حرکتونو وروسته وده په پام کې نیسي. کله چې موږ د موټر چلولو پخوانۍ کړنلاره تکرار کړو، وروسته له هغه چې څرخ به خپل اعظمي لوړوالی ته ورسیږي nنو د موثریت فورمول به وي [7]:
لوړوالی n د یو څو یا درجن یا څو دورو حرکتونو وروسته، دا خورا ډیر توپیر لري 0چې دا به د لیدلو او اندازه کولو لپاره اسانه وي. د میکسویل څرخ موثریت د هغې د تولید توضیحاتو پورې اړه لري - اندازه ، وزن ، ډول او د تار ضخامت او نور - معمولا 50-96٪ وي. کوچني ارزښتونه د څرخونو لپاره د کوچنیو ډله ایزو او شعاعو سره ترلاسه کیږي چې په سخت تارونو کې معطل شوي. په ښکاره ډول ، د کافي لوی شمیر سایکلونو وروسته ، څرخ په ټیټ موقعیت کې ودریږي ، د بیلګې په توګه. n = 0. په هرصورت، پام لرونکی لوستونکی به ووایي چې بیا د فورمول [7] لخوا محاسبه شوي موثریت د 0 سره مساوي دی. ستونزه دا ده چې د فورمول [7] په اخستلو کې، موږ په ساده ډول یو اضافي ساده انګیرنه غوره کړه. د هغه په وینا، د حرکت په هر دوره کې، څرخ د خپل اوسني انرژي ورته برخه له لاسه ورکوي او موثریت یې ثابت دی. د ریاضیاتو په ژبه کې، موږ داسې انګیرله چې پرله پسې لوړوالی د مقطع سره جیومیټریک پرمختګ جوړوي. په حقیقت کې، دا باید تر هغه وخته نه وي چې ویل په پای کې په ټیټ لوړوالی کې ودریږي. دا حالت د عمومي نمونې یوه بیلګه ده، چې له مخې یې ټول فورمولونه، قوانین او فزیکي تیورۍ د تطبیق محدودیت لري، د دوی په جوړښت کې منل شوي انګیرنې او ساده کولو پورې اړه لري.
مقناطیسي نسخه
لینکس. یو. د میکسویل مقناطیسي څرخ: 1 - یو څرخ چې د لوړې شیبې انرتیا سره، 2 - د مقناطیس سره محور، 3 - د فولادو لارښود، 4 - یو نښلونکی، 5 - یو راډ.
اوس موږ به د میکسویل ویل مقناطیسي نسخه سره معامله وکړو - د ساختماني توضیحات وړاندې کیږي وريجې. ۶ او ۷. د دې راټولولو لپاره، تاسو به د 6-10 ملي میتر قطر او 15-20 ملي میتر اوږدوالي سره دوه سلنډر نیوډیمیم مقناطیس ته اړتیا ولرئ. موږ به د څرخ محور د المونیم ټیوب څخه جوړ کړو چې داخلي قطر یې د مقناطیس قطر سره مساوي وي. د تیوب دیوال باید کافي پتلی وي
1 mm. موږ مقناطيس په ټیوب کې دننه کوو، د هغې له پای څخه د 1-2 ملي میتر په فاصله کې ځای په ځای کوو، او د epoxy glue سره چپک کوو، لکه Poxipol. د مقناطيسي قطبونو لوري ته اهميت نه ورکوي. موږ د ټیوب پایونه د کوچنیو المونیم ډیسکونو سره وتړو، کوم چې به مقناطس د لیدو وړ نه وي، او محور به د یو جامد راډ په څیر ښکاري. هغه شرایط چې د څرخ لخوا پوره کیږي او څنګه یې نصب کول د پخوا په څیر دي.
د څرخ د دې نسخې لپاره، دا هم اړینه ده چې په موازي توګه نصب شوي دوه برخو څخه د فولادو لارښودونه جوړ کړئ. د لارښوونو اوږدوالی یوه بیلګه چې په عملي کارونې کې مناسبه ده 50-70 سانتي متره د مربع برخې تش په نامه تړل شوي پروفایلونه (د دننه خولۍ) چې اړخ یې 10-15 ملي میتر اوږدوالی لري. د لارښوونو تر مینځ فاصله باید د مقناطیس فاصلې سره مساوي وي چې په محور کې ایښودل شوي. په یو اړخ کې د لارښوونو پای باید په نیمه دایره کې ثبت شي. د محور د ښه ساتلو لپاره، د فولادو راډ ټوټې د فایل مخې ته لارښودونو ته فشار ورکول کیدی شي. د دواړو ریلونو پاتې پایونه باید په هر ډول د راډ نښلونکي سره وصل شي، د بیلګې په توګه، د بولټونو او مغز لرونکو سره. د دې څخه مننه، موږ یو راحته لاستی ترلاسه کړ چې ستاسو په لاس کې نیول کیدی شي یا د تپې سره وصل کیدی شي. د میکسویل د مقناطیسي څرخ د تولید شوي کاپيونو څخه یوه ښکاري PHOT. 1.
د میکسویل مقناطیسي څرخ د فعالولو لپاره، د هغې د محور پایونه د نښلونکي سره نږدې د ریلونو پورتنیو سطحو په وړاندې ځای په ځای کړئ. لارښودونه د لاسي پواسطه ونیسئ، د ګردي پایونو په لور یې په تریخ ډول وخورئ. بیا څرخ د لارښوونو سره په حرکت پیل کوي، لکه څنګه چې په یوه الوتکه کې. کله چې د لارښودونو دورې پای ته ورسیږي ، څرخ نه رالویږي ، مګر په دوی باندې تیریږي
لینکس. یو. د مکسویل د مقناطیسي څرخ د ډیزاین توضیحات په محوری برخه کې ښودل شوي:
1 - څرخ چې د جړتیا د لوړې شیبې سره ، 2 - د المونیم ټیوب محور ، 3 - سلنډر نیوډیمیم مقناطیس ، 4 - د المونیم ډیسک.
دا یو حیرانتیا تکامل رامینځته کوي - دا د لارښوونو ښکته سطحې پورته کوي. د حرکتونو بیان شوي دوره څو ځله تکرار کیږي، لکه د میکسویل د څرخ کلاسیک نسخه. موږ حتی کولی شو ریلونه په عمودي ډول تنظیم کړو او ویل به ورته ورته چلند وکړي. په لارښود سطحونو کې د څرخ ساتل ممکن د محور د جذب له امله چې په کې پټ شوي نیوډیمیم مقناطیس سره ممکن وي.
که چیرې د لارښوونو د تمایل په لوی زاویه کې ، څرخ د دوی په څنګ کې تیریږي ، نو د دې محور پایونه باید د ښه دانه شګو کاغذ یوه طبقه پوښل شي او د بوټاپرین ګلو سره چپه شي. په دې توګه، موږ به اړین رګونه زیات کړو چې پرته له ټوټې کیدو پرته رولینګ ډاډمن کړي. کله چې د میکسویل څرخ مقناطیسي نسخه حرکت کوي، په میخانیکي انرژي کې ورته بدلونونه واقع کیږي، لکه څنګه چې د کلاسیک نسخې په قضیه کې. په هرصورت، د انرژی ضایع ممکن د الرښوونو د رګونو او مقناطیسي کولو له امله یو څه ډیر وي. د څرخ د دې نسخې لپاره، موږ کولی شو موثریت هم په ورته ډول وټاکو لکه څنګه چې مخکې د کلاسیک نسخې لپاره تشریح شوي. دا به په زړه پورې وي چې ترلاسه شوي ارزښتونه پرتله کړئ. دا اټکل کول اسانه دي چې لارښوونې باید مستقیم نه وي (دوی کیدی شي، د بیلګې په توګه، ویښته وي) او بیا د څرخ حرکت به نور هم په زړه پورې وي.
او د انرژي ذخیره کول
هغه تجربې چې د میکسویل څرخ سره ترسره شوي موږ ته اجازه راکوي څو څو پایلې ترلاسه کړو. د دې څخه خورا مهم دا دی چې د انرژي بدلونونه په طبیعت کې خورا عام دي. تل د انرژی تش په نامه ضایعات شتون لري، کوم چې په حقیقت کې د انرژی په ډولونو کې بدلونونه دي چې زموږ لپاره په یو ټاکل شوي حالت کې ګټور ندي. د دې دلیل لپاره، د اصلي ماشینونو، وسایلو او پروسو موثریت تل د 100٪ څخه کم وي. له همدې امله دا ناشونې ده چې داسې وسیله رامینځته شي چې یوځل په حرکت کې رامینځته شي ، د تل لپاره به حرکت وکړي پرته له دې چې د زیانونو پوښلو لپاره اړین انرژي بهرنۍ عرضه کړي. بدبختانه ، په XNUMX پیړۍ کې ، هرڅوک پدې نه پوهیږي. له همدې امله، وخت په وخت، د پولنډ جمهوریت د پیټینټ دفتر د "د موټر چلولو ماشینونو لپاره د یونیورسل وسیلې" ډوله اختراع پروژه ترلاسه کوي، د مقناطیس د "نه ختمیدونکي" انرژي په کارولو سره (شاید دا په نورو هیوادونو کې پیښیږي. په بیله). البته دا ډول راپورونه ردوي. دلیل لنډ دی: وسیله به کار ونکړي او د صنعتي کارونې لپاره مناسب نه وي (له همدې امله د پیټینټ ترلاسه کولو لپاره اړین شرایط نه پوره کوي)، ځکه چې دا د طبیعت اساسي قانون سره سمون نه لري - د انرژۍ د ساتنې اصول.
عکس 1. د میکسویل د مقناطیسي څرخونو څخه یوه بڼه.
لوستونکي ممکن د میکسویل څرخ او د یویو په نوم مشهور لوبو ترمنځ یو څه مشابهت وګوري. د yo-yo په حالت کې، د انرژي ضایع د لوبو د کارونکي کار لخوا ډک شوی، څوک چې په تالیف ډول د تار پورتنۍ پای لوړوي او ښکته کوي. دا هم اړینه ده چې دې پایلې ته ورسیږو چې یو بدن چې د لویې شیبې انارشیا سره څرخیږي او ودرول ستونزمن دي. له همدې امله، د مکسویل څرخ ورو ورو سرعت غوره کوي کله چې ښکته کیږي او همدارنګه ورو ورو ښکته کیږي کله چې پورته کیږي. پورته او ښکته دوره هم د اوږدې مودې لپاره تکرار کیږي مخکې لدې چې ویل په پای کې ودریږي. دا ټول د دې لپاره دي چې په داسې څرخ کې لوی متحرک انرژي زیرمه کیږي. له همدې امله، پروژې په پام کې نیول شوي چې د لویې شیبې سره د څرخونو کارولو لپاره او دمخه په خورا ګړندۍ گردش کې راوړل شوي ، د انرژي یو ډول "جمع کونکي" په توګه ، د مثال په توګه ، د وسایطو اضافي حرکت لپاره. په تیرو وختونو کې، ځواکمن فلای ویلونه د بھاپ انجنونو کې کارول کیده ترڅو نور حتی گردش چمتو کړي، او نن ورځ دا د موټرو داخلي احتراق انجنونو یوه لازمي برخه ده.
