ГИПОТЕЗА

На контактных поверхностях между различными материалами проводника возникают знакопеременные разности потенциалов, которые могут влиять на электромагнитную (электростатическую) индукцию  и протекание электрического тока (заряд) в таком проводнике. Или скажем по другому — изменение контактной разности потенциалов в проводнике, содержащем разнородные материалы, может привести к появлению ЭДС (перераспределение зарядов) в проводнике, если это изменение происходит в присутствии изменяющегося магнитного (электростатического) поля.

ОСНОВА ГИПОТЕЗЫ НА ПРИМЕРЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Из закона электромагнитной индукции известно, что электродвижущая сила, индуцированная в проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного поля и не зависит от материала проводника.  А если взять новый электрический проводник, который изготовлен из разнородных материалов с последовательной знакопеременной контактной разностью потенциалов. Как поведёт себя распределение электромагнитной индукции на участках такого проводника?  Предположительно, должна происходит синергия закона электромагнитной индукции Фарадея и закона контактных напряжений Вольта: 

— Электромагнитная индукция Фарадея: Вне зависимости от того, какие материалы используются для изготовления проводника, если изменение магнитного поля происходит рядом, в проводнике будет возникать ЭДС. Это связано с изменением магнитного потока, пронизывающего проводник, и согласно закону Фарадея, это приводит к появлению ЭДС.

— Контактная разность потенциалов Вольта: Это явление связано с появлением разности потенциалов на границе контакта между двумя разнородными проводниками. Контактная разность потенциалов последовательно соединенных различных проводников, находящихся в условии термодинамического равновесия, не зависит от химического состава промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников.

Синергия закона электромагнитной индукции Фарадея и закона контактных напряжений Вольта, предположительно, должна проявляться в следующем:

1.    Когда проводник состоит из разнородных материалов и имеет последовательную знакопеременную контактную разность потенциалов, электромагнитная индукция будет проявляться в виде переменного электрического напряжения, генерированного изменением магнитного поля вокруг проводника. Это изменение магнитного поля может быть вызвано внешним источником, например, изменяющимся магнитным полем или движущимся проводником в магнитном поле.

2.    В проводнике из разнородных материалов электромагнитная индукция будет неравномерно распределена из-за различий в электрических и магнитных свойствах материалов. В частности, изменение электрических свойств материалов в зависимости от напряженности электрического поля может привести к нелинейному эффекту, вызывающему неравномерность распределения электромагнитной индукции.

3.    При последовательной знакопеременной контактной разности потенциалов на границах раздела материалов возникнут дополнительные электрические поля, которые могут изменить распределение электромагнитной индукции в проводнике. Эти эффекты могут быть особенно заметны в случае использования высокоомных материалов или при больших амплитудах внешнего воздействующего поля.

ПРОВОДНИК С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ЗНАКОПЕРЕМЕННОЙ КОНТАКТНОЙ РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ

Проводнике с последовательной знакопеременной контактной разностью потенциалов представлен на рис. № 1. 

Рис. № 1. Проводнике с последовательной знакопеременной контактной разностью потенциалов.

Сам по себе такой проводник с последовательной знакопеременной контактной разностью потенциалов не может являться каким-либо источником электрической или тепловой энергии. Закон последовательных контактов  Алессандро Вольта  не позволяет обойти закон сохранения энергии. Закон говорит, что разность потенциалов между концами разомкнутой цепи, составленной из нескольких, последовательно соединенных металлических проводников, которые находятся при термодинамическом равновесии, не зависит от промежуточных проводников и полностью определяется контактной разностью потенциалов (КРП) крайних проводников.

Чтобы в условиях термодинамического равновесия такой источник энергии работал без дополнительной электродвижущей силы, необходимо разделить все “соединения” специальным проводником, у которого нет контактной разности потенциалов или нужна какая-либо дополнительная внешняя электродвижущая сила, выводящая проводник за пределы термодинамического равновесия. К сожалению материала, у которого нет контактной разности потенциалов в природе не существует.

Предполагается, что таким источником внешнего напряжения для каждого “соединения” с контактной разностью потенциалов может выступать виток (часть витка контура) электрической катушки при взаимодействии с магнитным полем.

Внешняя электродвижущая сила меняет все распределения напряжений в системе с контактной разностью потенциалов.

При увеличении магнитного потока в катушке из проводника с последовательной знакопеременной КРП (контактной разностью потенциалов) всеми КРП- в первом приближении можно пренебречь. В свою очередь, при уменьшении магнитного потока  всеми КРП+ в первом приближении можно пренебречь.

Распределение мгновенных электрических напряжений по длине проводника катушки (на примере 10-ти витков) в зависимости от изменения магнитного потока (L) для классического медного проводника и проводника с последовательной знакопеременной контактной разностью потенциалов представлено на рис. № 2.

Рис. № 2. Распределение мгновенных электрических напряжений по длине проводника катушки (для 10 витков) в зависимости от изменения магнитного потока (L).

Экспериментальная проверка гипотезы.

        Изготовлен стенд из вращающихся магнитов и двух катушек, см. рис. № 3.

Рис. № 3. Стенд для исследования явления электромагнитной индукции в катушке из проводника с знакопеременной контактной разностью потенциалов.

Одна катушка изготовлена из 40 витков обыкновенного медного провода в изоляции. Вторая катушка изготовлена из проводника с 40 знакопеременными контактными разностями потенциалов, см. рис. № 4.

Рис. № 4. Проводник с знакопеременной контактной разностью потенциалов.

    ВЫВОД

         Экспериментальный стенд подтвердил правильность гипотезы. Выходное напряжение катушки с  проводником из знакопеременной контактной разности потенциалов стабильно было на  несколько милливольт больше, чем выходное напряжение катушки из обыкновенной медной проволоки.

В целом, распределение электромагнитной индукции в проводнике из разнородных материалов с последовательной знакопеременной контактной разностью потенциалов –  является новой, не исследованной и сложной задачей, требующей учёта многих факторов. При этом она может стать основой новых потенциально прорывных направлений в следующих областях:

– Электродинамика. Может привести к новым эффектам, связанным с увеличение мощности (КПД вращающихся двигателей и генераторов) или генерация тепла и / или холода (Способ повышения КПД электромагнитных вращающихся машин (электродвигателей и генераторов), (Способ повышения эффективности статических электромагнитных устройств (трансформаторов))

– Радиотехника.

– Диагностика.