Dysk Faradaya

Rycina przedstawiająca dysk Faradaya

Schemat dysku Faradaya. B – pole magnetyczne, U – napięcie elektryczne

Model generatora jednobiegunowego

Dysk Faradaya, tarcza Faradaya (generator jednobiegunowy) – prądnica prądu stałego wynaleziona przez Michaela Faradaya w 1831.

Urządzenie składa się z dysku wykonanego z przewodnika prądu elektrycznego, umieszczonego w stałym i prostopadłym do płaszczyzny dysku polu magnetycznym wytwarzanym przez magnesy. Podczas obrotu dysku, między środkiem a zewnętrzną częścią dysku powstaje napięcie (siła elektromotoryczna).

Prąd płynący dzięki temu napięciu jest odbierany przez szczotki. Jedne szczotki są podłączone do osi dysku a drugie do jego obwodu.

Dysk Faradaya był pierwszą prądnicą prądu stałego, mógł też pracować jako silnik elektryczny prądu stałego.

Prace nad prądnicami i silnikami unipolarnymi trwały intensywnie w XIX wieku aż do początku XX w., później były stosowane tylko w laboratoriach do uzyskiwania bardzo dużych natężeń prądu stałego.

Nikola Tesla próbował przekształcić jednobiegunową prądnicę Faradaya w urządzenie do produkcji energii elektrycznej bez napędu, uważał że wystarczy zmniejszyć opory oraz odwrócić kierunek momentu hamującego przy przepływie prądu, by urządzenie raz wprawione w ruch, pracowało bez zasilania^[1]. W 1889 roku uzyskał w USA patent na maszynę dynamoelektryczną, której konstrukcję - opartą na pomyśle Faradaya - udoskonalił pod względem wydajności przez zmniejszenie oporu i odwrócenie momentu napędowego. Jego prace były obarczone błędami, obecnie wiadomo, że metodą indukcji elektromagnetycznej nie można uzyskać energii elektrycznej bez dostarczenia energii (porównaj: perpetuum mobile I rodzaju).

Zasada działania

Powstawanie siły elektromagnetycznej w dysku tłumaczone może być przez zjawisko indukcji elektromagnetycznej, siły Lorentza, siły elektromagnetycznej indukcji, a nawet szczególnej teorii względności.

Uzasadnienie na podstawie siły elektromagnetycznej indukcji.

W przewodniku poruszającym się w polu magnetycznym powstaje siła elektromagnetyczna:

${\displaystyle {\mathcal {E}}=-\mathbf {v\times {B}} l}$

Na podstawie powyższego wzoru, oraz zakładając że indukcja magnetyczna jest jednakowa na całym promieniu dysku i prostopadła do powierzchni dysku, napięcie powstające w dysku określa wzór:

${\displaystyle U_{e}={\frac {1}{2}}\omega {a^{2}}B_{z}}$

gdzie:

• ${\displaystyle {\mathcal {E}}}$ - siła elektromotoryczna indukcji,
• ${\displaystyle \mathbf {v} }$ - prędkość elementu przewodnika,
• ${\displaystyle \mathbf {B} }$ - indukcja magnetyczna,
• ${\displaystyle l}$ - długość przewodnika,
• ${\displaystyle U_{e}}$ - napięcie generowane w dysku,
• ${\displaystyle \omega }$ - prędkość obrotowa dysku,
• ${\displaystyle B_{z}}$ - składowa indukcji magnetycznej prostopadła do dysku,
• ${\displaystyle a}$ - promień dysku.

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Eksperyment z dyskiem (ang.)
• Dynamo we wnętrzu Ziemi. mimuw.edu.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2006-09-24)].