Green eneri 1 Tomorrow´s Energy Today ! - Then..  Kroeis.eu
Don't be so far behind that you believe you are running in front ! 

 

 

Forstå Lenz' Lov

 

Heinrich F.E. Lenz var en russisk fysiker, og født i Dorpat i 1804. Hans forældre var tysk-talende, etniske tyskere, hvorfor han ofte omtales som tysk fysiker.

Lenz læste oprindeligt på universitetet i Dorpat, men læste senere matematik og fysik på universitetet i St. Petersborg. Selv om han har bidraget til videnskaben på mange måder er det han bedst huskes for hans tidlige eksperimenter med magnetisme og med formuleringen der senere er kendt som Lenz's Lov.

Til ære for Lenz benytes også "L" som induktans

Forstå Lenz's opdagelse

Omkring 1831 studerede Lenz den nye videnskab vedrørende elektriske generatorer og elektromotorer. Hans første publikation vedrørende dette felt omhandlede det han kaldte "Law of Reciprocity of Magneto-electric and Electro-magnetic Phenomena." Denne publikation indeholder det første publicerede statement om "Lenz's Law".

Hans observation var, at når mekanisk energi blev fjernet fra en elektromotor, så opførte den sig som en modsat rettet generator og når elektrisk energi blev fjernet fra en elektrisk generator opførte den sig som en modsatrettet elektromotor.

Idag udtrykkes disse observationer som følger:

Den inducerede strøm i et kredsløb som følge af en ændring eller bevægelse i et magnetfelt er rettet imod ændringen i flux eller den udøver en mekanisk kraft imod bevægelsen.

Denne reciprokke handling mellem en induceret strøm og ændringen i det inducerede magnetiske felt var tilstede i ethvert eksperimentelt arrangement som Lenz studerede, og han var derfor af den overbevisning at det var et udtryk for "Law of Conservation of Energy."
Det understøttede også idéen om, "at en ændring i energi tilstanden i et system, ikke kunne forplante sig."

Her er en simpel illustration af Lenz' eksperimentelle resultater.

Nærmer Nordpolen på en permanent magnet sig spolen, flyder der strøm i spolen på en måde som producerer et andet magnetisk felt der frastøder den sig nærmende magnet.
Når Nordpolen på en permanent magnet derpå bevæges væk fra spolen induceres der en modsatrettet strøm i spolen og der produceres et magnetfelt der prøver på tiltrække den tilbage igen.

Den mest basale præsentation af Lenz Lov kan vises således :

mmm2

Befinder en tråd sig i et magnetfelt således at Nordpolen er til venstre og en Sydpol er til højre og en mekanisk kraft bevæger tråden i nedadrettet retning vil der blive produceret en strøm i tråden der vil danne et magnetfelt omkring tråden der prøver at modvirke feltet over tråden og forstærke feltet under tråden.
Denne inducerede magnetiske effekt fra strømmen i tråden danner en opadrettet mekanisk reaktion og kraft på tråden i direkte modsætning til den nedadrettede bevægelse der igangsatte det hele.

Lenz Lov beskriver derfor det komplekse samspil mellem magnetiske felter, elektrisk strøm og mekanisk kraft der alle er sammenhængende på grund af en specifik materiale geometri og bevægelse.

Følgende billede beskriver hvordan disse kræfter opfører sig i en almindelig DC motor.

clip 5

Når det magnetiske felt er beskrevet som B, og den elektriske strøm som I så optræder der en mekanisk kraft på tråden vist som F.
Det der får motoren til at dreje er den mekaniske kraft der er tilstede, men når denne kraft bevæger tråden gennem det magnetiske felt
B induceres et potentiale i tråden der vil prøve at reversere flowet af strøm i tråden.
Hvis den mekaniske kraft i retningen
er "input" til enheden bliver maskinen en "generator" og producerer elektrisk strøm i den modsatte retning som vist.

Lenz var den første der beskrev denne interaktion, Når strømmen løber optræder kraften som reaktion og vi kalder enheden for en "motor". Hvis kraften er i gang så løber strømmen som en reaktion i den modsatte retning og så kalder vi enheden en "generator, men i realiteten er det den samme maskine der har egenskaben til at være både motor som indbygget kører som generator mod sig selv og som generator der indbygget kører som motor imod sig selv alt efter hvilken kraft der er den ledende over for de andre.

clip 6

Moderne teori kalder det for "armatur reaction" og viser det som en vinklet forskydning af den "elektrisk neutrale linje" i rotoren.

Det er utroligt vigtigt at forstå at man ikke kan "bekæmpe og slå" Lenz Lov.
Det er en nøjagtig og akkurat beskrivelse af hvordan naturens kræfter opfører sig inden for denne specifikke konfiguration af materialer.

Hvad du kan gøre er at studere de helt eksakte detaljer for hvordan denne proces manifesterer sig selv og lære hvordan du arbejder dig uden om forholdene. Det er nøjagtigt hvad John Bedini gjorde i 1980-erne.

Siden de kommercielt til rådighed værende elektromotorer og generatorer bruger den samme  basale geometri som illustreret ovenfor, opfører alle disse maskiner sig på samme måde som er konsistent med den formodning at Lenz´Lov er universal i fremtræden og at det er et eksempel på loven " Law of Conservation of Energy" netop som Lenz troede på. Heldigvis er dette ikke sandt.

Målet er at producere elektricitet ved magnetisk induktion uden at der samtidig fremtræder den associerede mekaniske reaktions kraft leveret på grund af den interaction fra den inducerede strøm fra det primære magnetiske felt. Netop det forhold tillader os at lave en elektrisk generator der ikke belaster og sænkes i fart når der fjernes elektricitet fra den. Spørgsmålet er : Hvad er tricket ?

 

Hvordan vi modificerer tilstedeværelsen af Lenz Lov

Lad os se på de specifikke betingelser under hvilke Lenz Lov er tilstede.

 Når en spændingsbærende tråd placeres i et magnetfelt producerer samspillet mellem det magnetiske felt omkring tråden og det eksterne magnetfelt en kraft på tråden der tenderer til at bevæge tråden på en sådan måde, at det sænker flowet af spænding. Denne effekt kaldes for "back EMF" eller reverse elector-motive force.

Når en ledning, der er forbundet til et komplet kredsløb anbringes i et magnetfelt og fysisk flyttes vinkelret i dette felt, så induceres en strøm i ledningen, der frembringer en kraft på tråden, der gør det sværere at bevæge den i sin oprindelige retning. Dette omtales som "back EMF" eller reverse magneto-motive force.

Som det første medfører den bevægelse af wiren, at det hæmmer et flow af strømmen (I) ved at inducere en omvendt spænding (V).
Som den næste hændelse følger af den spænding der flyder, at bevægelsen af tråden hæmmes ved at producere en magnetisk frastødning rettet mod det eksterne felt.
Lenz var overbevist om at disse fænomener var reciprokke i forhold til hinanden og at deres tilstedeværelse understøttede "Loven om energiens constans." Tilfreds med den opdagelse gjorde, at han ikke undersøgte videre.

Dette definerer derfor det specifikke arrangement
af materialer som må undgås!
Vi ønsker for alt i verden ikke at bevæge
en strømbærende tråd direkte foran en magnet!

 

Spørgsmålet er hvad vi så kan gøre for at producere elektrisk induktion og minimere hvor meget modsatrettet mekanisk kraft det frembringer i generatoren ?
Jo, en simpel variation af et sådant arrangement er vist nedenfor hvor spolerne er viklet rundt om jern-tappe-stykker overfor en roterende magnet. Det ser bemærkelsesværdigt meget ud på samme måde blot på en måde lige modsat "inside our" i forhold til den oprindelige konfiguration så giver det dog et antal mulighed for at modificere hvordan Lenz' Lov indvirker på.

clip 7

Den første forskel har med tilstedeværelsen af den mekaniske kraft og hvordan den viser sig.

I det første arrangement var det sådan at hvis der ingen strøm var i tråden så var der heller ikke produceret nogen mekanisk kraft.
I dette nye arrangement er det sådan, at selv om der ingen spænding er i tråden så er den roterende magnet stadig tiltrukket af jernet i spolernes jernkerner.

 Så ser vi for eksempel på diagrammet :

ja så er det sådan, at hvis magneten nærmer sig spolen, men hvor spolen ikke er forbundet til måleinstrumentet eller noget andet, ja så induceres der ingen strøm i spolen og der opstår ingen magnetisk modstand som respons på bevægelsen af magneten. I forholdet er magneten derfor hverken tiltrukket eller frastødt af noget andet i systemet uanset om den bevæges eller ikke.

Hvis vi derimod introducerer noget jern i spolen så er der en kraft produceret af magneten selv om der ikke produceres strøme ! Desuden er denne nye magnetiske kraft en "universel tiltrækning" på grund af at magneten er tiltrukket jernet som det nærmer sig OG det er stadig tiltrukket tilbage mod jernet på trods af at det forsøger at forlade det.

Dette arrangement af materialerne producerer et sæt af kræfter der essentielt set eliminerer hver især for derpå at producere "ingen netto kraft" på bevægelsen af magneten når den passerer jerntappene i spolerne. MEN "ingen netto kraft " er komplet anderledes end "ingen kraft."
Denne situation er ganske vildledende og de fleste ingeniører mener, at det andet arrangement af komponenter er identisk med det første i alle operationelle karakteristika, men det er det ikke.

 


Så det giver os to simple processer der muliggør at vi kan begynde arbejdet med  tilstedeværelsen og / eller undgåelse af Lenz 'lov. 
Den første er ved at vikle spoler af tråd rundt om jernkerner der er hverken magnetiske eller umagnetiske ved at føre magneter forbi dem.
Den anden er ved at kontrollere HVORNÅR elektrisk strøm har lov til at flyde gennem trådene.

Det var netop det John Bedini fandt ud af i de tidlige 1980'er.

Det han udtalte var,:

"I have run some tests in my lab and discovered that certain types of energizers, generators and alternators do what we need."

Og hvad var det han sagde vi havde brug for ?

 "The waves we want to generate
are like those that come from old generators,
with the exception of armature drag,
bearing drag and no excited fields."

Ideelt set var han på udkig efter en generator der kunne producere DC pulser med en strålende gnist (som dem der kommer fra en kommutator) samtidig med at der produceres et minimum af mekanisk træk på rotoren, med et lavt tab i lejerne og fjerne overskydende energiforbrug i feltviklingerne ved at erstatte dem med permanente magneter. Alle generatorer der opererede med alle eller de fleste af disse parametre gav han navnet "Energizer."

 Her er et billede af John ved siden af en af hans arbejdende prototyper i de tidlige 1980'er. Enheden har en elektrisk motor til venstre og "energizeren" til højre. Billedet viser enheden uden svinghjulet.

Bedini 

 

TQK 

 

 

125_125_en.gif